DE60311883T2

DE60311883T2 - Kontinuierlichenbahnverfahren zur herstellung elektrochemischer sensoren

Info

Publication number: DE60311883T2
Application number: DE60311883T
Authority: DE
Inventors: Oliver William Hardwicke Croy DAVIES; Gordon Malcolm ARMSTRONG; Robert Marshall; Iain Darren MITCHELL; Thomas Joseph Farr O'REILLY; Emma-Louise Culloden ROBERTSON; Andrew Graham Broadford SIM; Robert Malcolm Milton o f Leys YEUDALL
Original assignee: LifeScan Scotland Ltd
Current assignee: LifeScan Scotland Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: CA2504223C; JP2006512585A; PL373381A1; EP1578612B1; CY1106529T1; PT1578612E; US20050096409A1; HK1080804A1; IL162902A0; ATE353768T1; JP2006504864A; MXPA05004644A; AU2003286229A1; NO20042831L; AU2003301684B2; CA2473976A1; EP1578612A2; WO2004039897A3; WO2004039897A8; MXPA04007432A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Herstellungsverfahren für chemische Sensoren auf einer kontinuierlichen Lage.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines elektrochemischen Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Transportieren einer Substratlage durch wenigstens eine Druckstation und das Drucken wenigstens einer Elektrode eines elektrochemischen Sensors auf die Substratlage an der/den Druckstation(en). Das Drucken wird durch Aufbringen einer Farbzusammensetzung auf die Substratlage bewirkt. Die Farbzusammensetzung, die aufgetragen wird, umfaßt Graphit, Ruß, ein Harz und wenigstens ein Lösemittel. Zusätzlich ist ein Gewichtsverhältnis von Graphit zu Ruß in der Farbzusammensetzung in einem Bereich von 4:1 zu 1:4, und ein Gewichtsverhältnis einer Summe aus Graphit und Ruß zu Harz ist in einem Bereich von 10:1 bis 1:1.
Verfahren zum Herstellen chemischer Sensoren sind in der WO-A-98/43075 und in der US-A-6 103 033 beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird durch Bezug auf folgende genaue Beschreibung, welche veranschaulichende Ausführungsformen erläutert, bei denen die Grundsätze der Erfindung eingesetzt werden, und die beigefügte Zeichnung erhalten, wobei:
1 ein schematisches Schaubild ist, welches 8 Abchnitte des Lagendruckprozesses veranschaulicht.
2A ist ein schematisches Schaubild, das einen ersten und einen zweiten Abschnitt des Lagendruckprozesses veranschaulicht.
2B ist ein schematisches Schaubild, das einen dritten, einen vierten und einen fünften Abschnitt des Lagendruckprozesses veranschaulicht.
2C ist ein schematisches Schaubild, das einen sechsten und siebten Abschnitt des Lagendruckprozesses veranschaulicht.
3 ist ein schematisches Schaubild, das eine feuchte Umgebung um einen fünften und einen sechsten Abschnitt des Lagendrucks veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht von unten, welche eine feuchte Umgebung um einen fünften und einen sechsten Abschnitt des Lagendruckes veranschaulicht.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Rohrs mit Perforationen.
6 ist ein schematisches Schaubild, das einen Flutzyklus veranschaulicht.
7 ist ein schematisches Schaubild, das einen Druckzyklus veranschaulicht.
8 ist ein schematisches Schaubild, das 2 unterschiedliche Rakelwinkel veranschaulicht.
9 ist ein schematisches Schaubild, das 2 unterschiedliche Rakelpositionen veranschaulicht.
10 ist ein schematisches Schaubild, das eine Sieb-Schnappdistanz veranschaulicht.
11 ist eine Explosionsansicht einer Präkonditionierungszone (211).
12 ist ein Explosionsansicht der ersten Trockenzone (217).
13 ist eine Explosionsansicht einer zweiten Trockenzone (224).
14 ist eine Explosionsansicht einer dritten Trockenzone (230).
15 ist eine Explosionsansicht einer vierten Trockenzone (236).
16 ist eine Explosionsansicht einer ersten Reinigungseinheit (204).
17A–17D sind Ansichten einer Isolationsschicht auf einer Kohlenstoffschicht mit guter Lagegenauigkeit.
18A–18D sind Ansichten einer Isolationsschicht auf einer Kohlenstoffschicht mit ungenügender Lagegenauigkeit, wenn die Bildgestaltung, die sich durch das Sieb 301 ergibt, gestreckt wird.
19A–19D sind Ansichten einer Isolationsschicht auf einer Kohlenstoffschicht mit ungenügender Lagegenauigkeit, wenn die Bildgestaltung vom Sieb 301 nicht gestreckt worden ist.
20A–20D sind schematische Schaubilder, welche die Druckresultate für die Lagenausrichtung durch den Bediener veranschaulichen, wobei eine erste Sichtführung für die visuelle Überprüfung während eines anfänglichen Ausrichtungsprozesses verwendet wird.
21A ist ein Beispiel einer Sensorfolie mit einer ersten zweiten Lagensichtführung; einer ersten, zweiten, dritten und vierten Y-Ausrichtungsmarkierung und X-Ausrichtungsmarkierungen.
21B ist eine Explosionsansicht einer Zeile innerhalb einer Sensorfolie mit einer Kohlenstoff-X-Ausrichtungsmarkierung.
21C ist eine Explosionsansicht einer Zeile innerhalb einer Sensorfolie mit einer Isolations-X-Ausrichtungsmarkierung über der Beschichtung einer Kohlenstoff-X-Ausrichtungsmarkierung.
22 ist ein schematisches Schaubild von Parameter X, Y und θ, die verwendet werden, um den Lagendruckprozeß paßgenau zu richten.
23 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Abfolge von Schritten in einem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist ein schematisches Schaubild, das 8 Abschnitte des Lagendruckprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Abschnitt 1 ist eine Abwickeleinheit 101. Abschnitt 2 ist eine Präkonditionierungsstation 102. Abschnitt 3 ist eine Kohlenstoff-Druckstation 103. Abschnitt 4 ist eine Isolations-Druckstation 104. Abschnitt 5 ist eine erste Enzym-Druckstation 105. Abschnitt 6 ist eine zweite Enzym-Druckstation 106. Abschnitt 7 ist eine Aufwickeleinheit 107. Abschnitt 8 ist eine Stanze 108. Es wird von den Fachleuten verstanden werden, daß, obwohl die folgende Beschreibung ein Verfahren und eine Vorrichtung betrifft, die diese 8 Abschnitte betrachten, das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung mit einer größeren oder geringeren Anzahl von Abschnitten verkörpert werden kann. Obwohl beispielsweise bei dieser Ausführungsform 4 Druckstationen betrachtet werden, könnte eine oder mehrere Druckstationen verwendet werden, ohne daß man sich vom Umfang der Erfindung entfernt. Bei einer Ausführungsform gibt es ein Minimum von zwei Druckstationen zum Drucken einer Elektrodenschicht und einer Reagenzschicht.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Abschnitt 1 implementiert werden, indem eine Substratmaterial-Abwickeleinheit 101, so wie zum Beispiel ein Martin Unwider/Automatic Splice, der von Martin Automatic Inc. in Rockford, IL erhältlich ist, verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Abschnitte 2, 3, 4, 5 und 6 implementiert werden, indem ein modifizierter Kammann-Drucker verwendet wird, der von der Werner Kammann Maschinenfabrik GmbH, Bünde, Deutschland, mit der Nummer 4.61.35, erhältlich ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Abschnitt 2 eine Präkonditionierungseinheit 102 sein. Eine Präkonditionierungseinheit 102 kann verwendet werden, um ein Substrat 242 vor dem Drucken zu präkonditionieren, und die Abschnitte 3, 4, 5 und 6 können verwendet werden, um Kohlenstoff-, Isolation-, eine erste Enzym- und eine zweite Enzymfarbe auf ein Substrat 242 durch Siebdruck aufzubringen. Der Abschnitt 7 kann eine Aufwickeleinheit 107, so wie zum Beispiel einen Martin Rewinder, der von Martin Automatic Inc. in Rockford, IL, erhältlich ist, umfassen. Abschnitt 8 kann eine Stanze 108 umfassen, so wie zum Beispiel einen Preco-Stempel, der von Preco Press in Lenexa, Kansas, als Modellnummer 2024-P-40T XYT CCD CE. Obwohl bestimmte Modelle der Vorrichtungen genannt sind, können diese Vorrichtungsteile variiert und/oder ersetzt und/oder weggelassen werden, ohne daß man sich vom Umfang der Erfindung entfernt, wie sie von den Fachleuten verstanden werden wird.
2A, 2B und 2C sind schematische Schaubilder, welche den Weg des Substrats 242 veranschaulichen, auf dem es durch die Abschnitte 1–8 eines Lagendruckprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung läuft. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, kann das Material, das als Substrat 242 verwendet wird, ein Polyestermaterial (Handelsname Melinex^® ST 328) sein, das von DuPont Teijin Films hergestellt wird. Das Substrat 242 wird in einer Rolle aus Material geliefert, das zum Beispiel nominal 350 Mikrometer dick, 370 mm breit und ungefähr 660 m lang ist. Diese Abmessungen für Dicke und Breite sind als besonders zweckmäßig für das Herstellen elektrochemischer Sensoren durch Flachsiebdruck auf einer Lage aus Substrat gefunden worden. Dies ist der Fall wegen der Forderung, daß das Material robust für das Drucken, jedoch durch die Vorrichtung behandelbar und ausreichend breit sein muß, um eine geeignete Menge von Sensoren unterzubringen, um den Prozeß kommerziell lebensfähig zu machen. Das Substrat 242 kann eine Acrylbeschichtung umfassen, die auf eine oder beide Seiten aufgebracht ist, um das Anhaften der Farbe zu verbessern. Polyester ist ein bevorzugtes Material, da es sich zufriedenstellend bei erhöhten Temperaturen und Spannungen verhält, die während des Lagenprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Obwohl Polyester und insbesondere Melinex bei einer Ausführungsform der Erfindung die bevorzugten Materialien sind, kann die Verwendung anderer Materialien von den Fachleuten aus der hierin gegebenen Beschreibung in Betracht gezogen werden. Tatsächlich können unter anderem Variationen in der Dicke, Breite und Länge des Materials in Betracht gezogen werden, wobei eine größere Breite oder Länge zusätzliche Kapazität für die Produktion von Sensoren bietet und eine Variation der Materialdicke in manchen Fällen bei der Präkonditionierung oder Lageausrichtung während des Druckes hilft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor dem Eintritt in die Kohlenstoff-Druckstation 103 das Substrat 242 einem Hitzestabilisierungsprozeß ausgesetzt, bei dem das Substrat bis auf 185°C erhitzt wird, ohne es unter beträchtliche Spannung zu setzen, um zu versuchen und sicherzustellen, daß das Substrat 242 minimale Dimensionsverzerrungen während des Lagendruck- Prozesses erfährt, in dem es Temperaturen von zwischen 140 und 160°C und Spannungen bis hinauf auf 165 N gegenüberstehen kann. Typischerweise ist die eingesetzte Spannung minimal gewesen, gerade ausreichend, um die Lage durch den Heizer zu treiben. Es ist jedoch gefunden worden, daß trotz dieses Hitzestabilisierungsprozesses Variationen in der Lageausrichtung von Druckschritt zu Druckschritt auftreten können, was Sensorversagen hervorruft. Somit ist unmittelbar vor dem Druck ein Präkonditionierungsschritt eingeführt worden. Wie hiernach erläutert werden wird, wird bei dem Präkonditionierungsschritt (Abschnitt 1) das Substrat auf eine Temperatur (typischerweise 160°C) erhitzt, die höher ist als irgendeine Temperatur, der es während späterer Druckschritte gegenübersteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat während dieses Präkonditionierungsschritts auch unter Spannung gehalten (typischerweise um 165 N). Tatsächlich hat bei dieser Ausführungsform die Kombination aus Präkonditionieren und unter Spannung Bringen die Variationen bei der Drucklageausrichtung stark reduziert und die sich ergebende Produktausbeute verbessert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden entweder in der Abwickeleinheit 110 oder in der Aufwickeleinheit 107 Rollen des Substrats 242 verspleißt, wobei Spleißband verwendet wird, so wie zum Beispiel PS-1 Splicing Flat-back Paper Tape von Intertape Polymer Group.
2A ist ein schematisches Schaubild, das den Abschnitt 1 und den Abschnitt 2 eines Lagendruckprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 2A ist Abschnitt 1 eine Abwickeleinheit 101. Die Abwickeleinheit 101 umfaßt eine erste Welle 200, eine zweite Welle 201, eine erste Spleißeinheit 202 und einen ersten Speicher 203. In 2A ist Abschnitt 2 eine Präkonditionierstation 102. Die Präkonditionierstation 102 umfaßt eine erste Reinigungseinheit 204, eine zweite Spleißeinheit 205, die typischerweise nicht verwendet wird, eine Einzugswalze 206, eine zweite Reinigungseinheit 207, eine Lastzelle 208, eine erste Druckwalze 209, eine erste Antriebswalze 210 und eine erste Trockenzone 211.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 2A veranschaulicht ist, besteht die Abwickeleinheit 101 zum Beispiel aus einem Martin Unwinder/Automatic Splice, der verwendet wird, um die kontinuierliche Bewegung des Substrats 222 in die Präkonditionierstation 102 unter einer Spannung von ungefähr 80 N zu vereinfachen. Die Abwickeleinheit 101 kann eine erste Abwickelwelle 200 und eine zweite Abwickelwelle 201 umfassen. Es sei angemerkt, daß eine Welle auch als ein Dom bezeichnet werden kann. Die erste Abwickelwelle 200 hält eine Rolle Substratmaterial 242 und speist kontinuierlich Substrat 242 in die Präkonditionie rungsstation 102 des Abschnitts 2. Die zweite Abwickelwelle 201 hält eine bereitgehaltene Rolle Substrat 242, die automatisch mit dem Ende der Rolle des Substrats 242 von der ersten Abwickelwelle 200 verspleißt wird, was eine halbkontinuierliche Zufuhr von Substrat 242 sicherstellt. Der kontinuierliche Prozeß wiederholt sich von der ersten Abwickelwelle 200 zur zweiten Abwickelwelle 201. Ein Speicher 203 für Substratmaterial speichert eine vorbestimmte Länge Substrat 242 und gibt das gespeicherte Substrat 242 in die Präkonditionierungsstation 102 des Abschnitts 2, während in der ersten Spleißeinheit 202 die Spleißoperation stattfindet (während der sowohl die erste Abwickelwelle 200 als auch die zweite Abwickelwelle 201 stationär sind). Die erzeugte Spleißung ist eine Stirnspleißung mit einer Länge Spleißband auf jeder Seite des Materials an der Verbindung. Um Qualität sicherzustellen, können ungefähr 10 m bedrucktes Substrat auf jeder Seite der Spleißung entsorgt werden. Die erste Abwickelwelle 200 und die zweite Abwickelwelle 201 umfassen Lagenkantenführungen (nicht gezeigt), die das Substrat 242 in die erste Spleißeinheit 202 führen. Die Lagenkantenführungen sind so ausgelegt, daß sie dem Wandern des Substrats 242 vorbeugen, während es in die erste Spleißeinheit 202 gegeben wird.
Typischerweise wird die Maschine, die bei der Erfindung verwendet wird, so eingerichtet, daß sie jeweils zwischen 2 und 10 und üblicherweise 6 Rollen Substrat für solche Druckstationen, die mit einer kontinuierlichen Zufuhr für Farbe verbunden sind, ist die Anzahl von Rollen, die verwendet werden, üblicherweise kein Problem. Für die beiden Enzym-Druckstationen jedoch, an die eine begrenzte Menge an Druckfarbe geliefert wird, ist die Anzahl der Rollen, die verwendet wird, ein wichtiger Eingangsparameter. Tatsächlich bestimmt die Anzahl von Rollen, die verwendet werden, die Menge an Farbe, die vor dem Beginn des Druckprozesses auf das Sieb gegeben wird. Zum Beispiel für einen Lauf von 6 Rollen vor dem Beginn des Druckens werden 6 (oder auch etwas mehr als 6) Rollen Gegenwert an Enzymfarbe in jedem der Abschnitte 5 und 6 auf das Sieb gebracht. Somit muß die Enzymfarbe in Bereitschaft zum Drucken während des Drucklaufes gehalten werden, um das konsistente Drucken von Enzym über die gesamte Dauer des Drucklaufes sicherzustellen. Eine Wand ist um das Sieb in den Enzym-Druckstationen gebracht worden, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Menge an Enzymfarbe beim Sieb hinzugefügt werden kann, ohne daß es erforderlich wäre, daß das Sieb während eines Laufes aufgefüllt werden muß, und auch das Risiko zu verringern, daß Enzymfarbe über das Sieb hinweg und auf das Lagensubstrat, das darunter läuft, fließt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Substrat 242 während des Prozesses unter einer Spannung von ungefähr 165 N gehalten, um die Lageausrichtung der vier Schichten, die gedruckt werden sollen, zu halten (typischerweise ist die Toleranz bei der Drucklageausrichtung 300 μm). Das Substrat 242 wird auch verschiedenen Temperaturen von 140°C oder geringer ausgesetzt, um die gedruckten Farben während jedes Druckschrittes zu trocknen. Aufgrund dieser Spannung und Temperatur kann es eine Tendenz geben, daß sich das Substrat 242 während des Prozesses streckt oder ausdehnt und folglich aus der Lageausrichtungstoleranz fällt. Tatsächlich war die Bildgrößenvariation von Druckstufe und Drucklauf zu Drucklauf ebenso wie innerhalb des Drucklaufs selbst unvorhersagbar und höher, als toleriert werden konnte.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 2A veranschaulicht ist, ist Abschnitt 2 eine Präkonditionierungsstation 102. Das Präkonditionieren geschieht, bevor irgendein Bild auf das Substrat gedruckt wird. Das Substrat 242 wird präkonditioniert, um die Stärke der Ausdehnung und des Streckens in anschließenden Abschnitten des Lageprozesess zu verringern und auch die Lageausrichtung des Substrates 242 durch die Abschnitte 3–6 zu unterstützen. Die Präkonditionierungsstation kann das Substrat 242 auf eine Temperatur erhitzen, die in den anschließenden Druckschritten nicht überschritten wird. Typischerweise findet dies unter Spannung zwischen 150 und 180 N, typischer um 165 N, statt. Jedoch kann bei einer anderen Ausführungsform die Präkonditionierungsstation 102 das Substrat 242 auf eine Temperatur erhitzen, die ausreichend ist, die irreversible Streckung aus dem Substrat 242 zu beseitigen, wieder optional, während es unter Spannung ist, wie oben beschrieben.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat in der Präkonditionierungszone 211, die in weiteren Einzelheiten in 11 veranschaulicht ist, auf ungefähr 160°C erhitzt. Wie oben erläutert, wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Temperatur, auf die das Substrat 242 in der Präkonditionierungsstation 102 erhitzt wird, während der anschließenden Bearbeitung des Substrates 242, einschließlich anschließender Trockenschritte, nicht erreicht oder überschritten. Anschließende Druckprozesse können das leicht größere Bild aufgrund von Strecken, hervorgerufen durch den Prozeß der Präkonditionierungsstation 102 durch das Vorsehen einer leicht größeren Siebgröße (typischerweise 750 μm in der Bewegungsrichtung der Lage) kompensieren. Das Bereitstellen neuer Siebe kann problematisch sein. Andere Parameter können daher in jeder Druckstation variiert werden, um einer Variation in der Bildgröße zu begegnen, ohne das Sieb zu ersetzen, so wie die relative Geschwindig keit des Siebes und der Lage. Trotzdem gibt es eine Grenze für die Größe der Bildgrößenvariation, die behandelt werden kann. Es ist daher bevorzugt, das Substrat wie hierin beschrieben zu präkonditionieren, was den Zuwachs an Gesamtbildgröße verringert und die Variation in dem Bildgrößenzuwachs verringert.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Präkonditionierungsstation 102 auch zusätzliche Elemente, die Funktionen durchführen, welche den richtigen Betrieb eines Lagenherstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung vereinfachen. Bei der Präkonditionierungseinheit 102 gibt es zwei Lagen-Reinigungseinheiten, eine erste Reinigungseinheit 204 und eine zweite Reinigungseinheit 207, welche die Ober- und Unterseite des Substrats 272 reinigen. Die erste Reinigungseinheit 204 und die zweite Reinigungseinheit 207 benutzen klebrige, mit Haftmittel beschichtete Walzen, um vor irgendeinem Druckschritt Teilchen vom Substrat 242 zu beseitigen. Die erste Reinigungseinheit 204 kann zum Beispiel ein Reiniger sein, der im Handel von KSM Web Cleaners, Glasgow, Vereinigtes Königreich, als Modell Nummer WASP400 erhältlich ist. Die zweite Reinigungseinheit 207 kann zum Beispiel ein Reiniger sein, der im Handel von Teknek erhältlich ist. Die Präkonditionierungsstation 102 umfaßt weiter eine Einzugswalze 206 und eine Lastzelle 208. Die Einzugswalze 206 wird verwendet, um die Spannung des Substrats 242 zu steuern (insbesondere die Spannung zwischen der Einzugswalze 206 und der Abzugswalze 238). Die Einzugswalze 206 ist über ein Steuersystem (nicht gezeigt) an die Lastzelle 208 angebunden. Das Substrat 242 wird aus der zweiten Enzym-Druckstation 106 in Abschnitt 6 von der Abzugswalze 238 mit einer konstanten Geschwindigkeit herausgezogen. Die Lastzelle 208 in Abschnitt 2 mißt die Spannung des Substrats 242, wenn es sich durch den Lagenprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung bewegt. Die Einzugswalze 206 paßt ihre Geschwindigkeit an, um die Spannung auf einen vorbestimmten Einstellpunkt zu steuern. Eine typische Substratspannung in einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung würde ungefähr 150 N bis 180 N und genauer 160 N bis 170 N sein, bei dieser Ausführungsform ist die Spannung ungefähr 165 N.
2B ist eine schematisches Schaubild, welches Abschnitt 3, Abschnitt 4 und Abschnitt 5 eines Lagendruckprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 2B ist der Abschnitt 3 eine Kohlenstoff-Druckstation 103. Vor dem Drucken wird ein Reinigungssystem installiert (erhältlich von Meech), welches die Oberseite (Druckseite) und die Unterseite des Substrats reinigt, wobei ein Vakuum- und Bürstensystem verwendet wird, die obere Bür sten- und Vakuumstation 251 und die untere Bürsten- und Vakuumsation 250 sind gegeneinander versetzt. Die obere Bürsten- und Vakuumstation 251 berührt das Substrat unmittelbar vor der Kühlwalze 212 und dem Speicher 213 und ist der am nächsten zugängliche Punkt vor dem Kohlenstoff-Drucken. Die Bürsten- und Vakuumstation 250 an der Unterseite berührt das Substrat unmittelbar, nachdem das Substrat aus der Präkonditionierungseinheit 102 austritt. Die Kohlenstoff-Druckstation 130 umfaßt eine erste Kühlwalze 212, einen zweiten Speicher 213, eine zweite Druckwalze 214, einen ersten Sichtsensor 215, eine zweite Antriebswalze 216, eine erste Trockenzone 217 und eine zweite Kühlwalze 218. Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 2B veranschaulicht ist, ist der Abschnitt 4 die Isolation-Druckstation 104. Die Isolation-Druckstation 104 umfaßt eine dritte Kühlwalze 209, einen dritten Speicher 220, eine dritte Druckwalze 221, einen zweiten Sichtsensor 222, ein erstes Y-Lageausrichtungssystem (nicht gezeigt) an der Position 227A, eine dritte Antriebswalze 232 und eine zweite Trockenzone 224. In 2B ist der Abschnitt 5 eine erste Enzym-Druckstation 105. Die erste Enzym-Druckstation 105 umfaßt eine vierte Kühlwalze 225, einen vierten Speicher 226, eine vierte Druckwalze 227, einen dritten Sichtsensor 228, ein zweites Y-Lageausrichtungssystem bei 237B (nicht gezeigt), eine vierte Antriebswalze 229 und eine dritte Trockenzone 230.
Bei einem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist Abschnitt 3 des Lagenherstellungsprozesses, wo das Kohlenstoff-Drucken stattfindet. Natürlich, wie es von den Fachleuten verstanden werden wird, kann die Anzahl und der Typ der Druckprozesse variiert werden, ohne daß man sich von der Erfindung in ihrem allgemeinsten Kontext entfernt. Zum Beispiel können zwei Kohlenstoffdrucke vorgesehen sein, oder ein oder mehrere Drucke mit Kohlenstoff mit metallischen Teilchen, Silber/Silberchloridfarbe oder auf Gold oder Palladium basierende Farben können verwendet werden, um eine Elektrodenschicht in den elektrochemischen Sensoren bereitzustellen. Die Isolations- und Reagenzschicht können auch in ihrer Zusammensetzung, Reihenfolge der Abscheidung, Dicke der Abscheidung und Layout ebenso wie in anderen Parameter variiert werden, wie es den Fachleuten aus den hierin beschriebenen Ausführungsformen deutlich wird. In Abschnitt 3 kann die Kohlenstoff-Bildgestaltung für die elektrochemischen Sensoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, unter Verwendung von Siebdruck gedruckt werden. Die grundlegenden Komponenten der Kohlenstoff-Druckstation 103 sind in den 6 und 7 veranschaulicht. Insbesondere umfaßt eine geeignete Druckstation gemäß er vorliegenden Erfindung ein Sieb 301, eine untere Druckwalze 303, eine Druckwalze 600, eine Flutklinge 603, einen Rakelhalter 605 und eine Rakel 606.
In der Kohlenstoff-Druckstation 103 ist die Druckwalze 600 die zweite Druckwalze 214. Das Sieb 301 hat einen im allgemeinen flachen Aufbau und weist typischerweise ein Netz auf, das so angeordnet ist, daß es ein Negativ der gewünschten Bildgestaltung zur Verfügung stellt. Kohlenstofffarbe wird auf das Netz aufgetragen und während des Druckens durch dieses geschoben. In dieser Stufe kann das flache Sieb durch das Gewicht der Farbe leicht aus einer flachen Form deformiert werden (dies gilt insbesondere für die Enzymdruckschritte, bei denen die gesamte Farbe, die während des gesamten Drucklaufes verwendet wird, üblicherweise zu Beginn des Drucklaufes auf dem Sieb abgelegt wird) sowie durch den Druck der Rakel, die die Farbe durch die Netzschablone schiebt.
Bei einem Flutzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Sieb 301 durch die sich bewegende Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 301 in einer ersten Richtung 608, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entspricht, mit Farbe 604 beladen.
Bei einem anschließenden Druckzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 7 veranschaulicht, überführt die Rakel 606 Farbe 604 durch das Sieb 601 und auf das Substrat 242. Während des Druckzyklus bewegen sich die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 303 alle in eine zweite Richtung 607, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entgegengesetzt ist. Das Sieb 301 wird in die erste Richtung bewegt, welche der Lagenbewegung des Substrats 242 für den Druckzyklus entspricht, wobei Farbe 604 durch das Sieb 301 geschoben und auf dem Substrat 242 abgelegt wird. Somit bewegt sich während des Druckzyklus das Sieb 301 in dieselbe Richtung wie das Lagensubstrat mit derselben oder ziemlich derselben Geschwindigkeit wie das Substrat. Das Sieb 301 ist im wesentlichen flach, wenn es in Ruhe ist, obwohl es bei der Verwendung von der Rakel 606 auf die Lage zu geschoben wird, wobei es leicht verzerrt wird, wenn dies geschieht und im wesentlichen in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn einmal die Rakel 606 weggenommen ist. Das Sieb 301 bewegt sich dann in die entgegengesetzte Richtung zum Substrat, wenn es mit Farbe 604 wiederbeladen wird, bereit für den nächsten Druckzyklus. Wenn die Farbe auf das Sieb 301 geladen wird, kann das Gewicht der Farbe das Sieb ein wenig biegen. Das Sieb 301 befindet sich unter einem Winkel zu der Bewegungsrichtung 608 der Lage, die die Druckstation verläßt. Diese Anordnung (wobei der Winkel typischerweise um 10 bis 30° und genauer um 15° ist) verbesserte die Farbfreigabe vom Sieb auf das Substrat, was die Druckdefinition und Reproduzierbarkeit verbessert. Der Winkel von Sieb zu Substrat, Rakelwinkel, der Abstand Sieb zu Rakel, die Position Rakel zu Druckwalze, die Schnappdistanz, die relativen Geschwindigkeiten von Substrat und Sieb und der Rakeldruck können alle verwendet werden, um die sich ergebende Druckdefinition und Konsistenz über eine Karte zu steuern und zu optimieren. Eine Ausführungsform eines Siebdruckmechanismus ist in weiteren Einzelheiten im erteilten US-Patent Nr. 4 245 554 beschrieben.
Insbesondere in der Kohlenstoff-Druckstation 103 ist die in Frage stehende Farbe eine Kohlenstofffarbe. Ein Beispiel einer geeigneten Kohlenstofffarbe ist hiernach erläutert. Bei dieser Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung wird das Sieb 301 mit Farbe 604 geflutet, bevor die Rakel 606 verwendet wird, um die Farbe 604 durch das Sieb und auf das Substrat 242 zu überführen. Die gedruckte Kohlenstoff-Bildgestaltung, die auf dem Substrat 242 abgelegt ist, wird dann getrocknet, wobei zum Beispiel heiße Luft bei 140°C auf die gedruckte Fläche des Substrats gerichtet wird, wobei vier getrennte Trockenbänke innerhalb der ersten Trockenzone 217 verwendet werden, was in weiteren Einzelheiten in 12 veranschaulicht ist.
Wenn er einmal über die vorliegenden Offenbarung und die Offenbarung der vorläufigen Patentanmeldung No. 60/436,683 in Kenntnis gesetzt worden ist, wird ein Fachmann erkennen, daß eine Vielzahl von Farbzusammensetzungen (auch als Farben oder Kohlenstofffarben bezeichnet) den Prozessen zum Herstellen elektrochemischer Sensoren (z.B. lagenbasierter Prozesse gemäß der zuvor erwähnten vorläufigen Patentanmeldung) verwendet werden können. Farbzusammensetzung jedoch, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, basieren auf der Erkenntnis, daß sie besonders wünschenswert ist, Farbzusammensetzungen zu verwenden, die (i) bei einer gedruckten Elektrode eines hergestellten elektrochemischen Sensors dafür sorgen, daß er nützliche elektrochemische und physikalische Eigenschaften hat (so wie zum Beispiel elektrochemische Eigenschaften, die im wesentlichen äquivalent denjenigen sind, die durch einen Batch-Herstellungsprozeß zur Verfügung gestellt werden, oder eine gewünschte Überspannung, elektrochemische Oberfläche, Widerstand, Kapazität und Stabilität) und (ii) kompatibel mit den relativ hochgeschwindig laufenden kontinuierlichen Lageverarbeitungstechniken kompatibel ist.
Damit eine Farbzusammensetzung kompatibel mit kontinuierlichen Hochgeschwindigkeits-Lagenverarbeitungstechniken ist, sollte die Farbzusammensetzung in einer Trockendauer (Zeit) zu trocknen sein, die die Geschwindigkeit des kontinuierlichen Lagenprozesses nicht beschränkt (z.B. eine kurze Trockendauer in dem Bereich von 30 Sekunden bis 60 Sekunden). Eine solche kurze Trockendauer erfordert strengere (harschere) Trockenbedingungen (z.B. die Verwendung von Luft mit 140°C bei einer Geschwindigkeit von 60 m³/Minute) als ein herkömmlicher Batch-Prozeß. Wenn strenge Trockenbedingungen verwendet werden, gibt es unglücklicherweise eine Tendenz, daß die Oberfläche herkömmlicher Farbzusammensetzungen verbrennt und/oder daß ein Teil einer herkömmlichen Farbzusammensetzung, die in Kontakt mit einem Substrat ist, ungetrocknet bleibt. Weiterhin kann die Kombination aus strengen Trockenbedingungen und herkömmlichen Farbzusammensetzungen zu der Bildung einer Elektrode (z.B. einer Kohlenstoffelektrode) mit unerwünschten elektrochemischen Eigenschaften führen. Daher erfordern herkömmliche Farbzusammensetzungen typischerweise die Verwendung relativ langsamer Trockenbedingungen und eine relativ lange Trockendauer (z.B. ungefähr 15 oder mehr Minuten).
Es ist unerwarteterweise festgestellt worden, daß Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, welche Graphit, Ruß, ein Harz und eines oder mehrere organische Lösemittel umfassen, besonders zweckmäßig bei der Herstellung elektrochemischer Sensoren sind. Die Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sorgen dafür, daß eine gedruckte Elektrode eines hergestellten elektrochemischen Sensors nützliche elektrochemische und physikalische Eigenschaften besitzt. Die Farbzusammensetzungen sind auch mit den kontinuierlichen Lageverarbeitungstechniken mit relativ hoher Geschwindigkeit kompatibel. Diese Kompatibilität hat ihren Grund in der relativ hohen Leitfähigkeit der Farbzusammensetzungen, welche einen dünneren gedruckten Film (d.h. gedruckte Elektrode) ermöglicht. Zusätzlich wird postuliert, ohne daran gebunden zu sein, daß die gedruckte Elektrode aufgrund ihrer dünnen Beschaffenheit und der Verwendung einer Farbzusammensetzung, die wenigstens ein Lösemittel mit einem geeigneten Siedepunkt umfaßt, leicht getrocknet wird.
Die Prozentanteile von Graphit, Ruß und Harz bei Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind derart vorbestimmt, daß ein Gewichtsverhältnis von Graphit zu Ruß in dem Bereich von 4:1 zu 1:4 ist und ein Gewichtsverhältnis der Summe aus Graphit und Ruß zu Harz in dem Bereich von 10:1 bis 1:1 ist. Faktoren, die die Optimierung innerhalb der zuvor genannten Verhältnisse beeinflussen können, sind die sich ergebende elektrochemische Oberfläche, Überspannung zum Oxidieren eines Redoxvermittlers, eben so wie die Stabilität, der Widerstand und die Kapazität eines gedruckten Kohlenstofffilms (z.B. Kohlenstoffelektrode).
Man vergegenwärtigt sich, daß Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, eingesetzt werden können, um Kohlenstofffilme herzustellen, die als Elektroden elektrochemischer Sensoren dienen. Solche Kohlenstofffilme können in einem elektrochemischen Glukose-Biosensor verwendet werden, wobei ein Strom bei einem konstanten Potential gemessen wird und die Größe des gemessenen Stromes eine Glukosekonzentration anzeigt. Der sich ergebende Strom kann linear kalibriert werden, um eine genaue Glukosekonzentration auszugeben. Ein Verfahren zum Kalibrieren elektrochemischer Glukose-Biosensoren ist es, mehrere Kalibriercodes innerhalb eines Kalibrierraums zu definieren, wobei ein bestimmter Kalibriercode mit einer diskreten Steigung und einem Achsenabschnittspaar verbunden ist. Bei einem bestimmten Los elektrochemischer Sensoren kann eine gemessene Stromausgabe mathematisch in eine genaue Glukosekonzentration umgewandelt werden, indem ein Achsenabschnittswert von der gemessenen Stromausgabe subtrahiert und dann durch den Steigungswert dividiert wird.
Es sollte angemerkt werden, daß die gemessene Stromausgabe, Steigung und Achsenabschnittswerte durch die elektrochemische Fläche, Überspannung zum Oxidieren eines Redox-Vermittlers ebenso wie die Stabilität, der Widerstand und die Kapazität des Kohlenstofffilmes, der als die Elektrode für den elektrochemischen Sensor dient, beeinflußt werden kann. Daher kann das Gewichtsverhältnis von Graphit zu Ruß und das Gewichtsverhältnis der Summe aus Graphit und Ruß zu Harz optimiert werden, um einen gewünschten Bereich von Steigungen und Achsenabschnittswerten zur Verfügung zu stellen.
Jedes geeignete Graphit und Ruß, das einem Fachmann bekannt ist, kann bei Farbzusammensetzungen benutzt werden, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Im Hinblick darauf ist ein Ruß mit einer Oberfläche von zum Beispiel 20 bis 1000 m²/g im allgemeinen geeignet, was das Bereitstellen einer geforderten Leitfähigkeit betrifft. Im allgemeinen nimmt die Leitfähigkeit von Ruß mit seiner Oberfläche zu, und ein Ruß mit relativ hoher Leitfähigkeit kann dahingehend nützlich sein, daß gewünschte elektrochemische Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden. Weitere Eigenschaften von Ruß, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung wünschenswert sind, sind hohe Leitfähigkeit, niedriger Schwefelgehalt, niedrige ionische Verunreinigung und leichte Dispergierbarkeit. Geeignete Ruße umfas sen, sind jedoch nicht beschränkt auf Vulkan XC-72 Carbon Black (erhältlich bei Cabot) und Conductex 975B Carbon Black (erhältlich bei Sevalco). Andere Typen Carbon Black, die für die vorliegende Erfindung zweckmäßig sein können, sind Blackperls (erhältlich von Cabot), Elftex (erhältlich von Cabot), Mogul (erhältlich von Cabot), Monarch (erhältlich von Cabot), Emperor (erhältlich von Cabot), Regal (erhältlich von Cabot), United (erhältlich von Cabot) und Sterling (erhältlich von Cabot), Ketjen Black (erhältlich von Ketjen Black International Company), Mitsubishi Conductive Carbon Black (erhältlich von Mitsubishi Chemical), Shawinigan Black (erhältlich von Chevron Phillips Chemical Company LP) und Conductex^® (erhältlich von Columbian Chemical Company). Geeignete Graphite umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Timex KS15 Kohlenstoff (erhältlich von G & S Inorganic). Die Teilchengröße des Graphit kann zum Beispiel zwischen 5 und 500 μm liegen, kann jedoch weiter bevorzugt 15 μm sein. Andere Typen Graphit, die für die vorliegende Erfindung zweckmäßig sein können, sind Timrex KS6 bis Timrex KS500, wobei die Zahl, die dem Ausdruck KS folgt, die Teilchengröße in Einheiten Mikrometer darstellt. Weitere Eigenschaften des Graphits, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung wünschenswert sind, sind hohe Leitfähigkeit, geringer Aschengehalt, geringer Schwefelgehalt und wenige anorganische Verunreinigungen.
Im allgemeinen ist die Oberfläche des Graphit viel geringer als die Oberfläche des Rußes aufgrund der nicht porösen Beschaffenheit des Graphits. Zum Beispiel ist die Oberfläche von Timrex KS15 ungefähr 12 m²/g. Es wird theoretisch angenommen, ohne daß man daran gebunden ist, daß die Verwendung von Graphit in Farbzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung die Elektronenübertragungseigenschaften der Elektroden verbessert, die unter Verwendung der Farbzusammensetzungen hergestellt worden sind. Jedoch wird ein optimierter Gewichtsprozentanteil von Ruß in der Farbzusammensetzung benötigt, um die Gesamtleitfähigkeit der Farbzusammensetzung zu erhöhen. Sonst würde die Verwendung von Graphit allein zu einem Film fuhren, der einen sehr hohen Elektrodenwiderstand hat.
Die elektrochemische Oberfläche einer Kohlenstoffelektrode kann den Teil der Kohlenstoffelektrode darstellen, der zur Oxidation des Vermittlers beitragen kann. Graphit, Harz und Ruß können variierende Grade der Leitfähigkeit haben und so den Anteil der geometrischen Elektrodenfläche beeinflussen, der bei der Oxidation eines Vermittlers teilnehmen kann. Die geometrischen Elektrodenflächen stellen die Fläche einer Kohlenstoffelektrode dar, die einer flüssigen Probe ausgesetzt ist. Da das Elektrodenmaterial (d. h. eine Farbzusammensetzung, die verwendet wird, eine Elektrode herzustellen) ein isolierendes Harz enthalten kann, kann die elektrochemische Fläche kleiner sein als die geometrische Fläche. Im allgemeinen ist die Stromausgabe eines Glukose-Biosensors direkt proportional zu der elektrochemischen Oberfläche. Daher können Variationen in der elektrischen Oberfläche die Steigung und den Achsabschnitt des Glukose-Biosensors beeinflussen.
Die Stabilität einer Kohlenstoffelektrode ist wichtig beim Gestalten robuster Glukose-Biosensoren, die für diabetische Benutzer zweckmäßig sind. Im allgemeinen kann die Stabilität einer Kohlenstoffelektrode optimiert werden, indem ein geeignetes Harz gewählt und sichergestellt wird, daß während des Trocknens ausreichend Lösemittel aus der Kohlenstoffelektrode entfernt wird. Es ist möglich, daß eine nicht ausreichend getrocknete Kohlenstoffelektrode Lösemittel während ihrer Lagerung ausgasen kann und so eine Änderung in der Güte des sich ergebenden Glukosebiosensors hervorrufen kann. Weiter kann die Stabilität der Kohlenstoffelektrode die Steigung und den Achsenabschnitt des Glukosebiosensors beeinflussen.
Der Widerstand und die Kapazität sind intrinsische Eigenschaften einer Kohlenstoffelektrode und sind stark abhängig von den Anteilen von Ruß, Graphit und Harz innerhalb der Kohlenstoffelektrode. Zum Beispiel wird der Widerstand einer Kohlenstoffelektrode zunehmen, wenn ein höherer Anteil an Harz oder Graphit bei der Formulierung der Elektrode verwendet wird. Der Widerstand einer Elektrode kann den elektrochemischen Strom eines Glukose-Biosensors wegen des unkompensierten IR-Abfalls zwischen einer Referenzelektrode und einer Arbeitselektrode beeinflussen. Die Kapazität einer Elektrode wird von der Möglichkeit abhängen, daß sich eine ionische Doppelschicht an der Schnittstelle Elektrode/Flüssigkeit bildet. Die Bildung einer solchen ionischen Doppelschicht wird die Größe des gemessenen Stromes beeinflussen. Für bestimmte Anteile von Ruß, Graphit und Harz ist es wahrscheinlich, daß die Möglichkeit, daß sich eine ionische Doppelschicht bildet, vergrößert wird. Daher können der Widerstand und die Kapazität einer Kohlenstoffelektrode die Steigung und den Schnittpunkt eines Glukose-Biosensors beeinflussen.
Mit Bezug auf einen elektrochemischen Sensors eines Glukose-Meßsystems, das eine Arbeitselektrode umfaßt, ist es wünschenswert, daß ein relativ geringes Potential an die Arbeitselektrode des Sensors angelegt wird, um den Effekt oxidierbarer Interferenzen zu minimieren, die bei physiologischen Proben oftmals endogen sind. Um ein solches relativ geringes Poten tial zu erreichen, ist es nützlich, daß das Material, aus welchem die Arbeitselektrode gebildet ist, die Oxidation von Ferrozyanit (oder einem anderen Redoxvermittler) an dem niedrigsten möglichen Potential ermöglicht. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Aktivierungsenergie minimiert wird, die für den Elektrodenübergang zwischen der Arbeitselektrode und dem Ferrozyanit (oder dem anderen Redoxvermittler) erforderlich ist. In dieser Hinsicht ist festgestellt worden, daß das Verhältnis von Graphit zu Ruß kritisch beim Definieren (z. B. Minimieren) der Überspannung ist, die für die Oxidation eines reduzierten Redoxvermittlers, so wie zum Beispiel Ferrozyanit, durch eine Elektrode des elektrochemischen Sensors erforderlich ist.
Aus dem obigen Grund haben die Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ein Verhältnis von Graphit zu Ruß, das in dem Bereich von 4:1 bis 1:4 liegt. Weiterhin ist ein besonders nützliches Verhältnis von Graphit zu Ruß bezüglich des Definierens des Potentials zu 2.62:1 bestimmt worden. Es ist auch festgestellt worden, daß das Verhältnis der Summe aus Graphit und Ruß zu Harz auch die Überspannung zum Oxidieren reduzierter Redoxvermittler, so wie zum Beispiel Ferrocyanid, beeinflußt. Und aus diesem Grunde ist das Verhältnis der Summe aus Graphit und Ruß zu Harz in einem Bereich von 10:1 bis 1:1, wobei ein besonders nützliches Verhältnis 2.9:1 ist.
Das Harz, das bei den Farbzusetzungen benutzt wird, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann irgendein geeignetes Harz sein, das dem Fachmann bekannt ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Terpolymere, die Vinylchlorid, Vinylacetat und Vinylalkohol aufweisen. Ein solches Terpolymer ist VAGH-Harz, erhältlich von Union Carbide. Das Harz wird in der Farbzusammensetzung als ein Bindemittel verwendet und hilft dabei, daß Ruß und Graphit an einem Substrat (so wie einem Lagensubstrat) während des Herstellens eines elektrochemischen Sensors anhaften. Zusätzlich werden Harze, so wie VAGH, dem gedruckten Film Flexibilität verleihen, was insbesondere nützlich bei auf einer kontinuierlichen Lage basierenden Prozessen ist, bei denen gedruckte Filme stabil sein müssen, wenn sie wieder in ein Rollenformat aufgewickelt werden.
Das wenigstens eine Lösemittel, das in Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, enthalten ist, ist ein Lösemittel, in dem das Harz löslich ist und das zum Beispiel einen Siedepunkt in dem Bereich von 120°C bis 250°C hat. Es ist wünschenswert, daß der Siedepunkt nicht geringer als 120°C ist, um sicherzustellen, daß kein schnelles Blasenbilden bei einem gedruckten Film mit der Farbzusammensetzung auftritt, wenn der Film einer Trockentemperatur von 140°C ausgesetzt ist. Ein solches schnelles Blasenbilden während des Trockenprozesses könnte bewirken, daß die gedruckten Filme (d. h. die gedruckten Elektroden) eine rauhe Oberfläche haben, was nicht gewünscht sein mag. Wenn der Siedepunkt eines Lösemittels höher ist als 250°C, besteht das Risiko, daß die Farbzusammensetzung nicht ausreichend trocknen wird, wenn sie zum Beispiel einer Trockentemperatur von 140°C und einen Luftstrom von 60 m³/min über eine Dauer in dem Bereich von ungefähr 30 Sekunden bis 60 Sekunden ausgesetzt wird.
Geeignete Lösemittel umfassen zum Beispiel eine Kombination aus Methoxypropoxypropanol (bis-(2-methoxypropyl)ether), Isophoron (3,5,5-trimethyl-2-cyclohenex-1-on) und Diacetonalkohol (4-hydroxy-4-methyl-2pentanon). Es sollte angemerkt werden, daß eine Kombination aus wenigstens zwei Lösemitteln wegen einer möglichen Abnahme des Siedepunktes der gesamten Lösemittelmischung, d. h. der azeotropen Mischung, besonders nützlich sein kann. Die Verwendung von Isophoron allein kann einer Kohlenstofffarbzusammensetzung günstige elektrische Eigenschaften verleihen. Die Kombination von Isophoron mit Methoxypropoxypropanol und Diacetonalkohol jedoch kann das Trocknen der Karbonfarbe beschleunigen. Wenn er von der vorliegenden Offenbarung Kenntnis hat, kann der Fachmann andere geeignete Lösemittel mit Trockeneigenschaften auswählen, die für verschiedene Trocknungsbedingungen geeignet sind.
Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, haben mehrere nützliche Eigenschaften, einschließlich daß sie schnelltrocknend sind, wobei sie für die Herstellung einer Elektrode mit gewünschten physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften sorgen. Die Farbzusammensetzungen können schnell getrocknet werden, wobei relativ strenge Bedingungen verwendet werden, und sind daher mit auf kontinuierlichen Lagen basierenden Verarbeitungstechniken bei hoher Geschwindigkeit kompatibel. Zusätzlich ermöglichen die Farbzusammensetzungen auch das Herstellen hoch leitendender Kohlenstoffelektroden, sogar wenn eine relativ dünne Beschichtung (z. B. eine Beschichtung mit einer Dicke in dem Bereich von 5 μm bis 20 μm, zum Beispiel 10 μm) der Farbzusammensetzung verwendet wird. Weiterhin haben die Farbzusammensetzungen eine geringe Toxizität, binden gut an Substratschichten (und an isolierende Schichten), besitzen eine gute Druckqualität und eine lange Sieblebensdauer, (d. h. die Farbzusammensetzung verfestigt sich nicht, wenn sie über eine lange Zeitdauer beim Siebdruck verwendet wird) und sind kostengünstig.
Geeignete leitende Farben, die verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Kohlenstoff mit metallischen Teilchen, Silber/Silberchlorid, auf Gold basierenden, auf Palladium basierenden leitenden druckbaren Farben.
Farbzusammensetzungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können hergestellt werden, indem irgendeine geeignete Farbherstellungstechnik verwendet wird, einschließlich Techniken, die den Fachleuten gut bekannt sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gewichtsprozentanteil der Feststoffe in dem Bereich von 36 bis 44% und der Gewichtsprozentanteil des Lösemittels ist in dem Bereich von 56 bis 64%. Ein Faktor, der dabei hilft, die Qualität und Dicke einer Farbzusammensetzung zu steuern, ist die Viskosität. Es sollte angemerkt werden, daß der Gewichtsprozentanteil von Feststoffen die Viskosität der Farbe beeinflußt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Farbzusammensetzung eine Viskosität zwischen 11 bis 25 Pascal·Sekunden bei 50 Upm und zwischen 21 bis 43 Pascal·Sekunden bei 10 Upm (25°C). Es wurde experimentell gefunden, daß Farben mit einem Gewichtsprozentanteil Feststoffen in dem Bereich von 36% bis 44% zu Glukose-Biosensoren führten, die eine relativ konstante Kalibriersteigung haben, wenn Glukose-Biosensoren unter Verwendung solcher Farben hergestellt wurden (siehe graphische Darstellung hiernach). Es ist möglich, daß die robusteren Kalibriersteigungen ein Ergebnis einer gleichförmigeren Elektrodendicke waren, die sich aus der optimierten Viskosität ergaben.
Kohlenstofffarbe kann hergestellt werden, indem zum Beispiel zunächst 9.65 g VAGH in einem organischen Lösemittel, das aus 46.53 g Methoxypropoxypropanol, 7.90 g Isophoron und 7.89 g Diacetonalkohol besteht, in einem geschlossenen Gefäß gelöst wurden 7.74 g Ruß zu der Mischung hinzugefügt und dann in dem geschlossenen Gefäß gemischt. Dann werden 20.29 g Graphit zu der Mischung hinzugefügt, gefolgt von Mischen in dem geschlossenen Gefäß. Um ausreichende Homogenisierung sicherzustellen, wird ein Dreifachwalzmahlen bei der Mischung durchgeführt, gefolgt von weiterem Mischen.
Eine weitere Ausführungsform einer Farbzusammensetzung zur Verwendung beim Herstellen elektrochemischer Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt (i) zwischen ungefähr 17 und 21 Gew.-% Graphit; (ii) zwischen ungefähr 6.5 und 8 Gew.-% Ruß; (iii) zwischen ungefähr 12.4 bis 15.2 Gew.-% eines Terpolymerharzes, welches Vinylchlorid, Vinylacetat und Vinylalkohol umfaßt; und (iv) zwischen ungefähr 55.8 bis 64.1 Gew.-% einer Lösemittelmischung, die Isophoron, Diacetonalkohol und Methoxypropoxypropanol umfaßt.
Die Farbzusammensetzung kann beim Herstellen elektrochemischer Sensoren durch eine Vielfalt von Prozessen benutzt werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf diejenigen, die in der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/436,683 beschrieben sind. In dieser Hinsicht und mit Bezug auf 23 umfaßt ein Prozeß 2300 zum Herstellen eines elektrochemischen Sensors das Transportieren einer Substratlage durch wenigstens eine Druckstation (wie im Schritt 2310 aufgeführt) und das Drucken wenigstens einer Elektrode eines elektrochemischen Sensors auf die Substratlage in der/den Druckstation(en). Das Drucken wird bewerkstelligt, indem eine Farbzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben auf das Substrat aufgebracht wird, wie in Schritt 2320 ausgeführt. Wie im Schritt 2330 veranschaulicht, umfaßt der Prozeß 2300 auch einen Schritt des Trocknens der Farbzusammensetzung, die auf das Substrat aufgebracht worden ist, bei einer Temperatur von ungefähr 140°C mit einem Luftstrom von 60 m³/min. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Geschwindigkeit der Substratlage 10 m/min sein.
Wenn er einmal Kenntnis der vorliegenden Offenbarung hat, wird der Fachmann erkennen, daß Prozesse gemäß der vorliegenden Erfindung, einschließlich dem Prozeß 2300, durchge führt werden können, indem die Verfahren verwendet werden, die in der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/436,683 beschrieben sind.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor dem Kohlenstoffdruckprozeß und unmittelbar nach dem Trocknen das Substrat 242 über eine erste Kühlwalze 112 geleitet, die so gestaltet ist, daß sie das Substrat 212 schnell auf eine vorbestimmte Temperatur abkühlt, typischerweise auf Zimmertemperatur (um 18–21°C und typischerweise 19.5°C +/– 0.5°C). Bei einer Ausführungsform des Lagenherstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche der ersten Kühlwalze 212 ungefähr 18°C. Die erste Kühlwalze 212 kann auf eine geeignete Temperatur gekühlt werden, indem zum Beispiel fabrikgekühltes Wasser von um 7°C verwendet wird. Die Temperatur der Walze kann gesteuert werden, indem die Durchflußgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des fabrikgekühlten Wassers gesteuert wird. Nachdem die gedruckten Kohlenstoffmuster in dem Druckprozeß abgeschieden worden sind, wird das Substrat 242 über eine zweite Kühlwalze 218 geführt. Das Verringern der Temperatur des Substrats 242 und das Halten der Temperatur des Substrats 242 ist nützlich, da kühlere Temperaturen die Wahrscheinlichkeit des Farbtrocknens auf den Sieben während des Druckens und das Erzeugen von Blockierungen in dem Netz verringern. Der Einsatz von Kühlwalzen in einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch nützlich, da er das Ausmaß des Streckens im Substrat 242 verringert, was Lageausrichtungsprobleme und das Erfordernis, den Prozeß während des Laufens zu modifizieren, um solche Probleme zu kompensieren, reduziert.
Bei einer Ausführungsform wird die Temperatur der Kühlwalzen dynamisch durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert, welche die Temperatur der Kühlwalze mißt und die Wasserdurchfluß/Temperatur steuert. Weitere Verfahren zum Kühlen der Walzen können von den Fachleuten aus den hierin beschriebenen Ausführungsformen ins Auge gefaßt werden, zum Beispiel elektrisch betriebene Kühleinheiten.
Bei einem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Abschnitt 4 des Lagenherstellungsprozesses der, in dem das Isolation-Drucken stattfindet. In Abschnitt 4 wird die Bilddarstellung der Isolation für die elektrochemischen Sensoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, gedruckt, wobei Siebdrucken eingesetzt wird, das ein im allgemeinen flaches Sieb verwendet. Die grundlegenden Komponenten der Isolation-Druckstation 104 sind in den 6 und 7 veranschaulicht. Insbesondere umfaßt eine geeignete Druckstati on gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sieb 301, eine untere Druckwalze 303, eine Druckwalze 603, eine Flutklinge 603, einen Rakelhalter 605 und eine Rakel 606. In der Isolation-Druckstation 104 ist die Druckwalze 600 die dritte Druckwalze 221.
In einem Flutzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Sieb 301 mit Farbe 604 beladen, indem die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 606 und die untere Druckwalze 303 in eine erste Richtung 608 bewegt werden, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entspricht. Das Sieb 301 wird in eine zweite Richtung 607 bewegt, die der ersten Richtung 608 des Substrats 242 für den Flutzyklus, bei dem Farbe 604 auf das Sieb 301 geladen wird, entgegengesetzt ist.
Bei einem anschließenden Druckzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 7 veranschaulicht, überträgt die Rakel 606 Farbe 604 durch das Sieb 301 und auf das Substrat 242. Während des Druckzyklus bewegen sich die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 303 alle in die zweite Richtung 607, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entgegengesetzt ist. Das Sieb 301 wird in die erste Richtung 608 bewegt, die der Lagenbewegung des Substrats 242 für den Druckzyklus entspricht, in dem Farbe 604 durch das Sieb 301 geschoben und auf dem Substrat 242 abgelagert wird. Eine Ausführungsform des Siebdruckmechanismus ist in weiteren Einzelheiten im erteilten US-Patent Nr. 4,245,554 beschrieben.
Beim Drucken mit bewegbarem flachen Sieb hat während des Druckens ein im allgemeinen flaches Sieb eine Komponente ihrer Bewegung, die in derselben Richtung und ungefähr mit derselben Geschwindigkeit wie das Substrat ist. Typischerweise ist bei jeder der Druckstationen das im wesentliche flache Sieb unter einem spitzen Winkel (A in 6) zu dem Substrat, wenn das Sieb und das Substrat sich von einer Druckposition (nahe einer Druckwalze 200 in 6) wegbewegen. Das Variieren der relativen Geschwindigkeit des Substrats und des Siebes ändert die Größe des gedruckten Bildes in der Bewegungsrichtung des Substrats, d. h. der X-Richtung.
Das Schablonensieb, das bei jeder der Druckstationen verwendet wird, besteht typischerweise aus einem nachgiebig deformierbaren Polyester- oder Stahlnetz, das gestreckt und an einem starren Rahmen befestigt ist. Eine Ausführungsform benutzt ein Polyestersieb, das von DEK Machinery, Weymouth, GB, geliefert wird. Das Netz ist mit einer UV-empfindlichen Be schichtung beschichtet, und im Zusammenwirken mit einem Filmpositiv wird das Sieb einer UV-Lichtquelle ausgesetzt, entwickelt und getrocknet, so daß die Beschichtung auf dem Sieb trocknet, um ein Negativ der gewünschten Bilddarstellung zu bilden. Mit Hilfe einer Rakel wird Farbe durch die offenen Flächen der Schablone und auf das Substrat gebracht (was ein positives Bild ergibt, das von der Farbe auf dem Substrat gebildet wird). Der Rahmen bildet eine Einrichtung zum Halten des Netzes und zum Widerstand gegen die Kräfte, die von dem gestreckten Netz mit minimaler Verzerrung auferlegt werden, und zum Halten der zusätzlichen Kräfte, die während des Druckens erzeugt werden.
Insbesondere ist bei der Isolation-Druckstation 104 die in Frage stehende Farbe eine Isolationsfarbe. Ein Beispiel einer geeigneten Isolationsfarbe ist hierin aufgeführt. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Sieb 301 mit Farbe 604 vor dem Einsetzen einer Rakel 608 geflutet, um Farbe 604 durch das Sieb und auf das Substrat 242 zu übertragen. Die gedruckte Isolation-Bilddarstellung, die auf dem Substrat 242 abgelegt worden ist, wird dann getrocknet, wobei zum Beispiel Heißluft bei 140°C verwendet wird, die auf die gedruckte Fläche des Substrat gerichtet wird, wobei vier getrennte Trockenbänke innerhalb der zweiten Trockenzone 224 verwendet werden, was in weiteren Einzelheiten in 13 veranschaulicht ist. Ein Beispiel einer geeigneten Farbe zur Verwendung bei einer Isolation-Druckstation in einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ercon E6110-116 Jet Black Insulayer Ink, die von der Ercon, Inc. erworben werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wird die Isolation-Bilddarstellung mit der Kohlenstoff-Bilddarstellung in der X-Richtung (entlang der Maschine) und in der Y-Richtung (quer über die Maschine) ausgerichtet, wobei die hierin beschriebenen Techniken verwendet werden. Andere Typen Isolationsfarbe können verwendet werden, wie es von den Fachleuten aus der Beschreibung hierin verstanden werden wird. Weiterhin können unterschiedliche Schichten oder unterschiedliche Reihenfolgen von Schichten verwendet werden, um eine unterschiedliche Reihenfolge von Schichten und somit einen unterschiedlichen Aufbau bei den erzeugten elektrochemischen Sensoren zur Verfügung zu stellen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor dem Isolation-Druckprozeß und unmittelbar nach dem Trocknen das Substrat 242, einschließlich der gedruckten Kohlenstoff- und Isolation-Muster, über eine dritte Kühlwalze 219 geleitet, die so gestaltet ist, daß sie das Substrat 242 schnell auf eine vorbestimmte Temperatur abkühlt, typischerweise der Zimmertemperatur (um 17–21°C und typischerweise 19.5°C +/– 0.5°C). Bei einer Ausfüh rungsform des Lagenherstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberflächentemperatur der dritten Kühlwalze ungefähr 18°C. Die dritte Kühlwalze 219 kann auf eine geeignete Temperatur abgekühlt werde, indem zum Beispiel fabrikgekühltes Wasser von ungefähr 7°C verwendet wird. Das Verringern der Temperatur des Substrates 242 und das Halten der Temperatur des Substrates 242 ist zweckmäßig, da kühlere Temperaturen die Wahrscheinlichkeit verringern, daß die Farbe auf den Sieben trocknet und in dem Netz Blockierungen erzeugt. Die Verwendung von Kühlwalzen in einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch zweckmäßig, da er die Menge der Streckung im Substrat 242 verringert, Ausrichteprobleme vermindert und das Erfordernis beseitigt, den Prozeß während des Laufes zu modifizieren, um solche Probleme zu kompensieren.
Bei einem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Abschnitt 5 des Lagenherstellungsprozesses der, an dem der erste Enzym-Druck stattfindet. In Abschnitt 5 wird die Enzymfarben-Bilddarstellung für die elektrochemischen Sensoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, gedruckt, indem Siebdruck und ein bewegbares, im allgemeinen flaches Sieb verwendet wird, wie es hierin zuvor beschrieben worden ist. Die grundlegenden Komponenten der ersten Enzym-Druckstation 105 sind in den 6 und 7 veranschaulicht. Insbesondere umfaßt eine geeignete Druckstation gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sieb 301, eine untere Druckwalze 303, eine Druckwalze 606, eine Flutklinge 603, einen Rakelhalter 605 und eine Rakel 606. Bei der ersten Enzym-Druckstation 105 ist die Druckwalze 600 die vierte Druckwalze 227.
Bei einem Flutzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Sieb 301 mit Farbe 604 beladen, indem die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 303 in eine erste Richtung 608 bewegt werden, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entspricht. Das Sieb 301 wird während des Flutzyklus, wenn Farbe 604 auf das Sieb 301 geladen wird, in eine zweite Richtung 607 bewegt, die der ersten Richtung 608 des Substrats 242 entgegengesetzt ist.
Bei einem anschließenden Druckzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 7 veranschaulicht, überträgt die Rakel 606 Farbe 604 durch das Sieb 301 und auf das Substrat 242. Während des Druckzyklus bewegen sich die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 303 alle in die zweite Richtung 607, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entgegengesetzt ist. Das Sieb 301 wird in die erste Richtung 608 bewegt, die der Lagenbewegung des Substrats 242 für den Druckzyklus entspricht, wenn Farbe 604 durch das Sieb 301 geschoben und auf dem Substrat 242 abgelegt wird. Eine Ausführungsform des Siebdruckmechanismus ist in weiteren Einzelheiten in dem erteilen US-Patent Nr. 4 245 554 beschrieben.

Insbesondere ist bei der ersten Enzym-Druckstation 105 die in Frage stehende Farbe eine Enzymfarbe. Ein Beispiel einer geeigneten Enzymfarbe ist hiernach erläutert. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor dem Verwenden einer Rakel 606, um die Farbe 604 durch das Sieb und auf das Substrat 242 zu übertragen, das Sieb 301 mit Farbe 604 geflutet. Die gedruckte Enzym-Bilddarstellung, die auf dem Substrat 242 abgelegt wird, wird dann getrocknet, wobei zum Beispiel heiße Luft bei 50°C verwendet wird, die auf die gedruckte Fläche des Substrats gerichtet wird, wobei zwei getrennte Trockenbänke innerhalb der dritten Trockenzone 230 verwendet werden, was in weiteren Einzelheiten in 14 veranschaulicht ist. Ein Beispiel einer geeigneten Farbe zur Verwendung in der ersten Enzym-Druckstation 105 in einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2

Komponente	Lieferant
Glukose-Oxidase	Biozyme Laboratories
Tri-Natriumcitrat	Fisher Scientific
Zitronensäure	Fisher Scientific
Polyvinylalkohol	Sigma Aldrich
Hydroxyethylzellulose (Nat 250 G)	Honeywell and Stein BDH/Merck LTD Sigma-Aldrich Chemical Co, UK
Kaliumhexacyanoferrat III	Norlab Instruments Ltd., UK
DC 1500 Antischaum	BDH/Merck Ltd.
Cabosil	Ellis and Everard Ltd
PVPVA	ISP Company Ltd
Analar-Wasser	BDH/Merck Ltd

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach dem Isolation-Druckprozeß und unmittelbar nach dem Trocknen das Substrat 242, einschließlich der ge druckten Kohlenstoff- und Isolation-Muster, über eine vierte Kühlwalze 225 geleitet, die dazu gestaltet ist, das Substrat 242 schnell auf eine vorbestimmte Temperatur abzukühlen, typischerweise der Zimmertemperatur (um 17–21°C und typischerweise 19.5°C +/– 0.5°C). Bei einer Ausführungsform des Lagenherstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Oberfläche der vierten Kühlwalze 225 ungefähr 18°C. Die vierte Kühlwalze 225 kann auf eine geeignete Temperatur gekühlt werden, indem zum Beispiel fabrikgekühltes Wasser von um 7°C verwendet wird. Das Verringern der Temperatur des Substrates 242 und das Halten der Temperatur des Substrates ist zweckmäßig, da kühlere Temperaturen die Möglichkeit des Trocknens der Farbe auf den Sieben und des Erzeugens von Blockierungen in dem Netz verringern. Die Verwendung von Kühlwalzen bei einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch zweckmäßig, da sie das Ausmaß des Streckens im Substrat 242 verringert, Ausrichteprobleme und das Erfordernis, den Prozeß beim Laufen zu modifizieren, um solche Probleme zu kompensieren, reduziert.
Zusätzlich, wegen des hohen Wassergehaltes der Enzymfarbe und dem Luftstrom aufgrund der Bewegung des Siebes ist es wesentlich, sicherzustellen, daß die Enzymfarbe nicht in das Sieb eintrocknet. Die relative Strömung der Luft, der man bei dem sich bewegenden Sieb gegenübersteht, trocknet die Farbe auf dem Sieb in einer Weise, die bei Flachbett-Siebdruckern (so wie dem Thieme-Flachbettdrucker) üblicherweise nicht beobachtet wird, da sich das Sieb selbst nicht innerhalb der Maschine bewegt, anders als bei der vorliegenden Erfindung. Ebenso wie die Kühlwalze dieses mildert, indem sie sicherstellt, daß das Substrat auf ungefähr 18°C gekühlt wird, bevor es in den Enzym-Siebdruckschritt eintritt, wird das mit Enzymfarbe beladene Sieb während des Druckens befeuchtet. Bei einer Ausführungsform geschieht das Befeuchten im wesentlichen kontinuierlich. Es kann das Befeuchten von der Oberseite, der Unterseite und/oder den Seiten des Siebes her erfolgen, und tatsächlich kann für alles drei gesorgt sein. Eine Anordnung von Rohren sorgt für einen im wesentlichen konstanten Strom befeuchteter Luft oberhalb, unterhalb und an der Seite des Siebes, was sicherstellt, daß der Wassergehalt der Farbe auf einem konstanten Wert gehalten wird. Eine geeignete Anordnung zum Bereitstellen von Befeuchtung auf der Oberseite, Unterseite und/oder den Seiten des Siebes gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 3, 4 und 5 veranschaulicht. Die Menge und Anordnung der Befeuchtungseinrichtungen (typischerweise Rohre, welche befeuchtete Luft transportieren) wird neben anderen Dingen von der Menge an erforderlicher Befeuchtung abhängen, dem Wassergehalt der Farbe, der Feuchtigkeit und Temperatur der umgebenden Luft, der Feuchtigkeit des Substrats, wenn es sich der Enzym-Druckstation nä hert, der Temperatur der Druckwalze, der Größe des Siebes und dem Freilegen des Siebes gegenüber der Umgebung (unbefeuchtete Luft). Bei einer Ausführungsform liefert ein Rohr 304, das eine oder mehrere Zeilen von Löchern 400 aufweist, befeuchtete Luft über die gesamte Unterseite des Siebes während eines Hin- und Herhubes des Siebes. Rohre (nicht gezeigt) oberhalb und an der Bedienerseite der Maschine liefern befeuchtete Luftströme 300 und 304 (siehe 4).
Typischerweise wird die gesamte Enzymfarbe, die für den Drucklauf erforderlich ist, am oder vor dem Beginn des Drucklaufes auf das Sieb gebracht. Da die Enzymfarbe aus einem großen Anteil Wasser aufgebaut ist (typischerweise zwischen 55 und 65 Gew.-%, weiter typisch um 60 Gew.-%) neigt die Farbe dazu, über die Dauer des Laufes auszutrocknen. Dieses Risiko kann gemildert werden, indem Befeuchtung um das mit Enzymfarbe beladene Sieb bereitgestellt wird. Als Alternative oder typischer zusätzlich kann das Substrat vor dem Anbringen in die Enzym-(oder tatsächlich irgendeine)Druckstation durch Verwendung von Kühlwalzen, wie hierin beschrieben, gekühlt werden. Typischerweise wird die Temperatur des Substrats auf weniger als oder gleich der Temperatur des Raumes gesteuert. Jedoch wird die Temperatur des Substrats oberhalb des Taupunktes für die Atmosphäre in dem Raum gehalten. Wenn der Raum auf 60% Feuchtigkeit ist, dann kann der Taupunkt 15°C sein. Wenn die Temperatur des Substrats dann unter diesen fällt, kann Kondensation auf dem Substrat auftreten, was möglicherweise jeden anschließenden Drucklauf beeinträchtigt, insbesondere jeden anschließenden Drucklauf mit wasserlöslicher Farbe, so wie Enzymfarbe. Die Steuerung der Substrattemperatur zum Beispiel zwischen den Grenzen Zimmertemperatur und Taupunkt kann somit wichtig für einen erfolgreichen Drucklauf sein. Die Steuerung der Temperatur der und/oder der Zeit, die über den Kühlwalzen 212, 219, 225 und 231 verbracht wird, ist beim Steuern der Substrattemperatur wichtig. Eine Rückkopplungssteuerschleife kann verwendet werden, um die Substrattemperatur zum Beispiel relativ zu der Zimmertemperatur und/oder dem Taupunkt (bei vorgegebener Feuchtigkeit des Raumes) zu messen, um die Temperatur der Kühlwalzen und die Temperatur des Substrats zu steuern, wenn es die Walze verläßt und sich der nächsten Druckstation nähert.
2C ist ein schematisches Schaubild, welches den Abschnitt 6 und den Abschnitt 7 eines Lagendruckprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 2C ist der Abschnitt 6 die zweite Enzym-Druckstation 106. Die zweite Enzym-Druckstation 106 umfaßt eine fünfte Kühlwalze 231, einen fünften Speicher 232, eine fünfte Druckwalze 233, einen vierten Sichtsensor 234, eine fünfte Antriebswalze 235, eine fünfte Trockenzone 236, ein Y-Ausrichtesystem 237 und eine Auszugswalze 238. Bei der Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 2C veranschaulicht ist, ist der Abschnitt 7 die Aufwickeleinheit 107. Die Aufwickeleinheit 107 umfaßt einen Lenkmechanismus 239, eine erste Aufwickelwelle 240 und eine zweite Aufwickelwelle 241.
Bei einem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Abschnitt 6 des Lagenherstellungsprozesses dort, wo das zweite Enzymdrucken stattfindet. Im Abschnitt 6 wird die Enzymfarben-Bilddarstellung für die elektrochemischen Sensoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, gedruckt, indem Siebdruck verwendet wird. Der Zweck des Aufbringens von zwei Schichten der Enzymfarbe ist es, die vollständige Abdeckung der Kohlenstoffelektroden sicherzustellen und daß die Elektroden im wesentlichen gleichmäßig und frei von Leerstellen sind. Die grundlegenden Komponenten der zweiten Enzym-Druckstation 106 sind in den 6 und 7 veranschaulicht. Insbesondere umfaßt eine geeignete Druckstation gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sieb 301, eine untere Druckwalze 303, eine Druckwalze 600, eine Flutklinge 603, einen Rakelhalter 605 und eine Rakel 606. Bei der zweiten Enzym-Druckstation 106 ist die Druckwalze 600 die fünfte Druckwalze 333.
Bei einem Flutzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Sieb 301 mit Farbe 604 beladen, indem die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 303 in eine erste Richtung 608 bewegt werden, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entspricht. Das Sieb 301 wird für den Flutzyklus, wenn die Farbe 604 auf das Sieb 301 geladen wird, in eine zweite Richtung 607 bewegt, die der ersten Richtung 608 des Substrats 242 entgegengesetzt ist.
Bei einem anschließenden Druckzyklusprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 7 veranschaulicht, überträgt die Rakel 606 die Farbe 604 durch das Sieb 301 und auf das Substrat 242. Während des Druckzyklus bewegen sich die Rakel 606, die Flutklinge 603, die Druckwalze 600 und die untere Druckwalze 303 alle in die zweite Richtung 607, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entgegengesetzt ist. Das Sieb 301 wird während des Druckzyklus in die erste Richtung 608 bewegt, die der Lagenbewegung des Substrats 242 entspricht, wobei Farbe 604 durch das Sieb 301 geschoben und auf dem Substrat 242 abgelegt wird. Eine Ausführungsform des Druckmechanismus ist in weiteren Einzelheiten im erteilten US-Patent Nr. 4,245,554 beschrieben.
Insbesondere ist bei der zweiten Enzym-Druckstation 106 die in Rede stehende Farbe eine Enzymfarbe. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor dem Verwenden der Rakel 606, um die Farbe 604 durch das Sieb und auf das Substrat 242 zu übertragen, das Sieb 301 mit Farbe 604 geflutet. Die gedruckte Enzym-Bilddarstellung, die auf dem Substrat 242 abgelagert wird, wird dann getrocknet, wobei zum Beispiel Heißluft bei 50°C verwendet werden, die auf die gedruckte Fläche des Substrats gerichtet wird, wobei zwei getrennte Trockenbänke innerhalb einer vierten Trockenzone 236 verwendet werden, was in weiteren Einzelheiten in 15 veranschaulicht ist. Ein Beispiel einer geeigneten Farbe zum Verwenden in der zweiten Enzym-Druckstation 106 ist dieselbe Enzymfarbe, die bei der Enzym-Druckstation verwendet worden ist, die in der zuvor genannten Tabelle 2 beschrieben ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nach dem zweiten Enzym-Druckprozeß und unmittelbar nach dem Trocknen wird das Substrat 242, einschließlich der gedruckten Kohlenstoff-, Isolation- und Farbmuster, über eine fünfte Kühlwalze 231 geführt, die so gestaltet ist, daß sie das Substrat 242 schnell auf eine vorbestimmte Temperatur abkühlt. Bei einer Ausführungsform des Lagenherstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Oberfläche der fünften Kühlwalze 231 ungefähr 18°C. Die fünfte Kühlwalze 238 kann auf eine geeignete Temperatur abgekühlt werden, indem zum Beispiel fabrikgekühltes Wasser bei um 7°C verwendet wird. Das Verringern der Temperatur des Substrats 242 und das Halten der Temperatur des Substrates 242 ist nützlich, da kühlere Temperaturen die Wahrscheinlichkeit verringern, daß Farbe auf den Sieben trocknet und in dem Netz Blockierungen erzeugt. Die Verwendung von Kühlwalzen bei einem Lagenherstellungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch zweckmäßig sein, da sie das Ausmaß des Streckens im Substrat 242 verringert, Ausrichteprobleme und das Erfordernis, den Prozeß während des Laufs zu modifizieren, um solche Probleme zu kompensieren, verkleinert.
Zusätzlich, aufgrund des hohen Wassergehaltes der Enzymfarbe und des Luftstromes aufgrund der Bewegung des Siebes ist es wesentlich sicherzustellen, daß die Enzymfarbe nicht in das Sieb eintrocknet. Ebenso wie die Kühlwalze dieses mildert, indem sichergestellt wird, daß das Substrat auf 18°C gekühlt ist, bevor es in den Enzym-Siebdruckschritt geht, gibt es auch die Befeuchtung des Siebes von der Oberseite und/oder Unterseite und/oder den Seiten her, was für einen Strom befeuchteter Luft oberhalb und unterhalb des Siebes sorgen kann, was sicherstellt, daß der Wassergehalt der Farbe auf einem konstanten Wert gehalten wird. Typi scherweise strömt die befeuchtete Luft konstant über das Sieb. Eine geeignete Anordnung zum Bereitstellen der Befeuchtung des Siebes von der Oberseite und Unterseite her, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist in 3 veranschaulicht.
Die zweite Enzym-Druckstation 106 kann eine Auszugswalze 238, ein Überprüfungssystem 237 für die Überprüfung der Ausrichtung, ein drittes Y-Ausrichtesystem bei 237C (nicht gezeigt) und eine Strichcodestation (nicht gezeigt) umfassen. Die Auszugsrolle 238 hilft dabei, die Spannung des Substrates 242 zu steuern (genau die Spannung zwischen der Einzugswalze 206 und der Auszugswalze 238). Das Substrat 242 wird aus der zweiten Enzym-Druckstation 106 mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Auszugswalze 238 entfernt. Das Y-Ausrichtesystem (nicht gezeigt) an den Positionen 237A, 237B und 237C steuert die Y-Ausrichtung (d.h. quer zur Lage) jedes Druckzyklus während des Druckens, indem die ersten Y-Ausrichtemarkierungen 2101, zweite Y-Ausrichtemarkierungen 2102, dritte Y-Ausrichtemarkierungen 2103, vierte Y-Ausrichtemarkierungen 2104 verwendet werden, die in 21A veranschaulicht sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die ersten Y-Ausrichtemarkierungen 2101, die zweiten Y-Ausrichtemarkierungen 2102, die dritten Y-Ausrichtemarkierungen 2103 und die vierten Y-Ausrichtemarkierungen 2104 jeweils der Y-Ausrichtung der Kohlenstoff-Druckstation 103, der Isolation-Druckstation 104, der ersten Enzym-Druckstation 105 und der zweiten Enzym-Druckstation 106 entsprechen. Jede Y-Ausrichtungsmarkierung weist zwei Dreiecke auf, die in einer Ausrichtung nebeneinander liegen, welche einem Rechteck entspricht. Bei einer Ausführungsform kann das Y-Ausrichtesystem, das sich an den Positionen 237A, 237B und 237C befindet, durch einen Eltromat DGC 650 der Eltromat GmbH, Leopoldshöhe, Deutschland, implementiert werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Überprüfungssystem 237 implementiert werden, indem das Eltromat Überprüfungssystem, Modellnummer PC3100 HD, verwendet wird, das kommerziell von Eltromat GmbH, Leopoldshöhe, Deutschland, erhältlich ist. Das Überprüfungssystem 237 hat eine Sichtkomponente, welche die Ausrichtemarkierungen überprüft, die in den 17A bis 19D und/oder 20D gezeigt sind, und kann als ein Werkzeug beim Bewerten, ob eine Sensorfolie 2106 zurückgewiesen werden sollte, verwendet werden (zum Beispiel durch Aufzeichnen von Überprüfungsergebnissen gegen einen Strichcode in einer Datenbank).
Ausrichtefehler in der V-Dimension (welche während des Druckens durch das Ausrichtesystem (nicht gezeigt), das sich bei 237A, 237B und 237C befindet, geändert werden können und/oder vom Überprüfungssystem 237 überprüft worden sind, nachdem alle Druckstufen beendet sind, können alle Variationen in der Lagenspannung oder nicht gleichförmigen Verzerrungen des Substrates 242 zugeschrieben werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Strichcodestation die folgenden im Handel erhältlichen Komponenten auf: Strichcodedrucker (Modellnummer A400 von Domino UK Ltd., Cambridge, Großbritannien), Strichcodestrichüberquersystem (Scottish Robotic System, Perthshire, Schottland) und Strichcodeleser (RVSI Acuity CiMatrix, Canton, MA). Die Strichcodestation (nicht gezeigt) markiert jede Zeile der Sensorfolie 2106 mit einem zweidimensionalen Strichcode. Dies sorgt dafür, daß jede Zeile aus Sensoren einen eindeutigen Identifiziercode, eine Batch/Losnummer-Identifizierung, die Sensorfoliennummer und die Zeilennummer trägt. Die Strichcodestation liest auch den Strichcode unmittelbar nach dem Drucken, um zu verifizieren, daß der Strichcode richtig gedruckt worden ist und eine visuelle Anzeige für die Maschinenbediener liefert. Die Strichcode- und Prozeßinformation aus den Abschnitten 2 bis 6 werden in einer Datenbank gespeichert und später verwendet, um für einen zukünftigen Prozeß Karten zu identifizieren und anschließend zurückzuweisen/zu akzeptieren.
Die Aufwickeleinheit 107 besteht zum Beispiel aus einem Martin Automatic Rewind System. Dies ist der letzte Abschnitt der Maschine und erlaubt das kontinuierliche Aufwickeln von Substrat 242. Die Aufwickeleinheit 107 besteht aus einer ersten Aufwickelwelle 240 und einer zweiten Aufwickelwelle 241. Die erste Aufwickelwelle 240 hält eine Rolle Substratmaterial 242 und zieht kontinuierlich Material aus der zweiten Enzym-Druckstation 106. Die zweite Aufwickelwelle 241 hält eine Rolle aus Material in Bereitschaft, die automatisch an eine erste Rolle aus Substrat 242 in eine zweite Rolle beim Fertigstellen der Rolle Substrat 242 von der ersten Aufwickelwelle 240 spleißt. Dieser kontinuierliche Prozeß wiederholt sich von der ersten Aufwickelwelle 240 zu der zweiten Aufwickelwelle 241. Ein fliegendes Spleißen, das auftritt, während sich das Substrat 242 noch bewegt, wird verwendet, um das kontinuierliche Aufwickeln von Substrat 242 zu ermöglichen. Die Spleißung wird direkt auf eine frische Rolle Substratmaterial 242 gebracht, die mit doppelseitigem druckempfindlichen Klebmittel grundiert ist.
3 ist ein schematisches Schaubild, welches die feuchte Umgebung um einen fünften und sechsten Abschnitt des Lagendruckens veranschaulicht. Die grundlegenden Komponenten, die verwendet werden, um die Mittel für das Befeuchten der Lagendruckumgebung zur Verfügung zu stellen, sind in 3 veranschaulicht, welche obere feuchte Luft 300, ein Sieb 301, untere feuchte Luft 302, eine untere Druckwalze 303, ein Rohr 304 mit mehreren Perforationen 400, ein Substrat 252 und entweder eine vierte Druckwalze 227 oder eine fünfte Druckwalze 272 umfassen. Die Feuchtigkeit und Temperatur wird so eingestellt, daß versucht und sichergestellt wird, daß die Eigenschaften der Enzymfarbe sich nicht in irgendeinem bemerkenswerten Ausmaß über die Zeit während des Flut- und Druckzyklus und bevorzugt über die Dauer des Drucklaufes ändern. Insbesondere ist wünschenswert, daß die Viskosität und der Wassergehalt der Enzymfarbe sich nicht während des Flut- und Druckzyklus und bevorzugt über die Dauer des Drucklaufes ändern. Die Enzymfarbe besteht zu ungefähr 67% aus Wasser. Ein konstanter Wassergehalt stellt sicher, daß die Menge an Farbe, die auf dem Substrat 242 abgelegt wird, gleichbleibend ist. Wenn der Wassergehalt der Farbe sich während des Druckprozesses ändert, kann dies zu Variationen in der Dicke der Enzymschicht führen. Zusätzlich wird ein Verlust von Feuchtigkeit aus der Enzymfarbe zum Trocknen des Enzyms auf dem Sieb 301 führen, was zu einer schlechten Druckdefinition und einer Verringerung der Menge an Farbe, die auf dem Substrat 242 abgelegt wird, führt. Die feuchte Luft innerhalb entweder der ersten Enzym-Druckstation 105 oder der zweiten Enzym-Druckstation 106 zwischen 85 und 95% relativer Feuchtigkeit gehalten. Die obere feuchte Luft 300 und die untere feuchte Luft 302 werden auf beide Seiten des Siebes 301 gepumpt, um die gewünschte relative Feuchtigkeit zu halten. Ein Seitenrohr 305 ist auf einer Seite der Lage angeordnet und führt befeuchtete Luft auf die Lage auf einer Seite, die den Enzym-Druckstationen unmittelbar benachbart liegt. Die Beschaffenheit und der Typ der Anordnungen für die Befeuchtung können variiert werden, um an Größe und Form der Druckstation und den Feuchtigkeitsanforderungen des Typs Farbe an der Druckstation in der Umgebung angepaßt zu sein. Oftmals kann eine Haube verwendet werden, um die obere und/oder untere Seite des Siebes einzuschließen, so daß befeuchtete Luft in die Haube direkt benachbart dem Sieb geliefert werden kann und in der Umgebung des Siebes durch das Vorhandensein der Haube gehalten wird. Wenn die Haube auf dem oberen Siebrahmen angebracht ist, wie es typischerweise der Fall ist, kann die Haube einen Schlitz in der x-Richtung haben (der Druckrichtung), um zu erlauben, daß sich die Rakel in bezug auf das Sieb während des normalen Flut/Druckzyklus bewegt.
4 ist eine Ansicht von unten, die die feuchte Umgebung um einen fünften und einen sechsten Abschnitten des Lagendrucks zu veranschaulichen. Die grundlegenden Komponenten, die verwendet werden, um die Mittel für die Befeuchtung der Lagendruckumgebung zur Verfügung zu stellen, sind auch in 4 veranschaulicht, welche obere feuchte Luft 300, ein Sieb 301, untere feuchte Luft 302, ein Rohr mit Perforationen 304 und Perforationen 400 und ein Seitenrohr bei 305 (nicht gezeigt) umfassen. Ein Rohr 304 mit mehreren Perforationen 400 ist unterhalb des Siebes 301 als eine Einrichtung zum Blasen unterer feuchter Luft 302 angeordnet, um die Viskosität der Enzymfarbe auf dem Bildschirm 301 zu halten. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Rohrs 304 mit Perforationen 400, um untere feuchte Luft 302 auszublasen.
8 ist ein schematisches Schaubild, welches zwei unterschiedliche Rakelwinkel veranschaulicht, das ein Substrat 242, eine Druckwalze 600 und eine Rakel 606 umfaßt. Der Winkel 800 der Rakel kann variiert werden, um die Definition der Druckfläche zu optimieren. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Winkel der Rakel 15 +/– 5 und bevorzugt +/– 1 bis 2 Grad sein. Man bemerke, daß der Kontakt der Rakel 606 mit der Druckwalze 600 für jeden Rakelwinkel 800 derselbe ist.
9 ist ein schematisches Schaubild, welches zwei unterschiedliche Rakelpositionen veranschaulicht, das das Substrat 242, die Druckwalze 600, die untere Druckwalze 303, die Rakel 606, eine erste Rakelposition 900 und eine zweite Rakelposition 901 umfaßt. Die Rakelposition ist die Position der Rakel relativ zu der Mitte der Druckwalze 600. Die Rakelposition kann eine starke Wirkung auf die Dicke der gedruckten Farbe haben. Die Position der Rakel kann variiert werden, um die Definition der Druckfläche zu optimieren.
10 ist ein schematisches Schaubild, welches eine Siebschnappdistanz (1000) veranschaulicht, das das Substrat 242, die Druckwalze 600, die untere Druckwalze 303 und das Sieb 300 umfaßt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Siebsprungentfernung (1000) die kürzeste Entfernung zwischen dem Sieb 301 und dem Substrat 242. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung kann die Siebschnappeinstellung (1000) ungefähr 0.7 mm sein. Wenn die Siebschnappeinstellung (1000) zu hoch eingerichtet wird, kann die Rakel 606 das Sieb 301 nicht ausreichend ablenken, um Farbe 604 auf das Substrat 242 mit ausreichender Druckdefinition zu übertragen. Wenn die Siebschnappeinstellung (1000) zu gering eingerichtet wird, wird das Sieb 301 Farbe 604 aus einem vorangehenden Druckzyklus verschmieren, was eine nicht ausreichende Druckdefinition hervorruft.
11 veranschaulicht eine Explosionsansicht einer Präkonditionierungszone 211, welche eine erste Antriebswalze 210, eine heiße Platte 1100, eine erste Heizbank 1101, eine zweite Heizbank 1102 und eine dritte Heizbank 1103 aufweist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung berührt die heiße Platte 1100 die unbedruckte Seite des Substrats 242. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung kann die heiße Platte 1100 mit Teflon beschichtet sein und kann auf ungefähr 160°C erhitzt werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung blasen die erste Heizbank 1101, die zweite Heizbank 1102 und die dritte Heizbank 1103 heiße Luft mit ungefähr 160°C. Dies kann variiert werden, um an den Substrattyp und/oder die Dicke und/oder irgendwelche Vorbehandlung und/oder spätere Temperaturen anzupassen, denen man im Prozeß gegenübersteht, wie es von den Fachleuten verstanden werden würde.
12 veranschaulicht eine Explosionsansicht einer ersten Trockenzone 217, welche eine zweite Kühlwalze 218, eine zweite Antriebswalze 216, eine erste Trockenbank 1200A, eine zweite Trockenbank 1101A, eine dritte Trockenbank 1102A und eine vierte Trockenbank 1103A aufweist. Bei einer Ausführungsform blasen die erste Trockenbank 1200A, die zweite Trockenbank 1101A, die dritte Trockenbank 1102A und die vierte Trockenbank 1103A heiße Luft mit ungefähr 140°C, obwohl dies variiert werden kann, wie es von den Fachleuten aus der Beschreibung hierin verstanden würde.
13 veranschaulicht eine Explosionsansicht einer zweiten Trockenzone 224, welche eine dritte Antriebswalze 223, eine erste Trockenbank 1200B, eine zweite Trockenbank 1101B, eine dritte Trockenbank 1102B und eine vierte Trockenbank 1103B aufweist. Bei einer Ausführungsform blasen die erste Trockenbank 1200B, die zweite Trockenbank 1101B, die dritte Trockenbank 1102B und die vierte Trockenbank 1103B heiße Luft mit ungefähr 140°C, obwohl dies variiert werden kann, wie es von den Fachleuten aus der Beschreibung hierin verstanden würde.
14 veranschaulicht eine Explosionsansicht einer dritten Trockenzone 230, welche eine vierte Antriebswalze 229, eine erste Trockenbank 1200C und eine zweite Trockenbank 1101C aufweist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung blasen die erste Trockenbank 1200C und die zweite Trockenbank 1101C heiße Luft mit ungefähr 50°C, obwohl dies variiert werden kann, wie es von den Fachleuten aus der Beschreibung hierin verstanden würde.
15 veranschaulicht eine Explosionsansicht einer vierten Trockenzone 236, welche eine fünfte Antriebswalze 235, eine erste Trockenbank 1200D und eine zweite Trockenbank 1101D aufweist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung blasen die erste Trockenbank 1200D und die zweite Trockenbank 1101D heiße Luft mit ungefähr 50°C, obwohl dies variiert werden kann, wie es den Fachleuten aus der Beschreibung hierin verständlich würde.
16 veranschaulicht eine Explosionsansicht einer ersten Reinigungseinheit 204, welche Klebwalzen 1600 und Blaupolymerwalzen 1601 aufweist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung berühren die Blaupolymerwalzen 1601 die obere und untere Seite des Substrats 242 und übertragen Teilchen-/Fremdmaterial an die Klebwalzen 1600.
Die 17A bis 17D veranschaulichen Ansichten eines Druckes einer Isolationsschicht auf eine Kohlenstoffschicht für eine Ausführungsform der Erfindung mit richtiger Ausrichtung. Man bemerke, daß die 17A den oberen linken Teil, 17B den oberen rechten Teil, 17C den untere linken Teil und 17D den unteren rechten Teil der Sensorfolie 2106 darstellt. Die Markierungen sind auf der Sensorfolie, die in 21A veranschaulicht ist, nicht gezeigt. Bei einer Ausführungsform dieser Erfindung druckt die Kohlenstoff-Druckstation 103 eine Kohlenstoffschicht, welche ein vollfarbiges Kohlenstoff-Rechteck 1700 aufweist, welches von einer rechtwinkligen Linie 1703 auf dem Substrat 242 umgegeben ist. Bei einem anschließenden Druckzyklus druckt die Isolation-Druckstation 104 eine rechtwinklige Isolationslinie 1701 auf das Substrat 242, die zwischen dem vollfarbigen Kohlenstoffrechteck 1700 und der rechtwinkligen Kohlenstofflinie 1703 angeordnet ist. Wenn die Ausrichtung von Isolationsschicht zu Kohlenstoffschicht an allen vier Ecken richtig ist, gibt es typischerweise kein unbeschichtetes Substrat 242, das sich zwischen der rechtwinkligen Isolationslinie 1701 und dem vollfarbigen Kohlenstoffrechteck 1700 zeigt. Die Ausrichtung der Isolationsschicht zur Kohlenstoffschicht kann manuell von einem Bediener überprüft werden oder kann unter Verwendung des zweiten Sichtsensors 222 überprüft werden, der in einer Ausführungsform eine Kamera aufweist, die auf jede Ecke des Substrates zeigt. Typischerweise bildet dies einen Teil der Initialisierung am Beginn des Drucklaufes. Ein Bediener kann alle vier Ecken des Substrates aneinander angrenzend auf einem TV-Bildschirm betrachten. Der Bediener kann dann visuell die Ausrichtung der Isolation zum Kohlenstoff während dieses Initialisierungsprozesses prüfen (und tatsächlich während des Restes des Drucklaufs) und kann jegliche Einstellungen vornehmen, die notwendig sind, um die Isolations- und Kohlenstoffdrucke in Ausrichtung zu bringen. Es sollte verstanden werden, daß der Lagensichter 222 (der zum Beispiel 4 Kameras aufweist, die an Orten über den vier Ecken der Substratkarte zeigen) für die Anzeige einen Schnappschuß jeder der vier Ecken jeder Karte betrachtet und weitergibt. Somit werden die Ecken jeder Karte nur für einen Bruchteil einer Sekunde auf der Anzeige sichtbar gemacht, da das Substrat unterhalb der Sichtkameras konstant ausgetauscht wird, wenn sich die Lage durch die Vorrichtung bewegt. Dieses System ermöglicht es einem Bediener sofort die Wirkungen irgendeiner Anpassung zu sehen, die er bei der Ausrichtung von Isolation zu Kohlenstoff vorgenommen hat. Anpassungen des Bedieners können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf den Hub des Siebdrucks, die Schnapphöhe, den Rakeldruck, die Siebposition relativ zu der „Y"-Richtung, die Siebposition in bezug auf θ (Theta). Wenn einmal die Sichterausrichtung bei diesen und anderen Druckstationen eingerichtet worden ist (wobei die Sichter 228 und 234 verwendet werden), wird dem automatischen internen X-Ausrichtesystem (welches die Markierungen 2107 und 2108 verwendet) und dem automatischen Y-Ausrichtesystem (zum Beispiel der Ausrichtesysteme, die sich an den Positionen 237A, 237B und 237C befinden, welche die Markierungen 2101 bis 2104 verwenden) erlaubt, zu übernehmen und die X- und Y-Ausrichtung während des Druckes zu überwachen und automatisch zu korrigieren. Die Markierungen 1700 bis 1703, die in den 17A bis 20D gezeigt sind, können als Alternative oder zusätzlich zur Verwendung der Markierungen 2101 bis 2104 und 2107 und 2108 während des Druckes für die automatische X- und Y-Ausrichtung verwendet werden, wie es von den Fachleuten aus der Beschreibung hierin verstanden würde.
18 veranschaulicht eine Ansicht einer Isolationsschicht gegenüber einer Kohlenstoffschicht für eine Ausführungsform der Erfindung mit unrichtiger Ausrichtung, wenn die Isolation-Bildgestaltung in der Druckrichtung länger ist als die Kohlenstoff-Bildgestaltung. Es kann selbst dann auftreten, wenn das Kohlenstoff- und das Isolation-Sieb in dieser Abmessung dieselbe Größe haben, da sich das Substrat gestreckt haben kann oder der Siebhub in jeder Stufe unterschiedlich sein kann (ein langsamerer Siebhub gibt einen Druck mit relativ längerer Bildgestaltung entlang der Bewegungsrichtung der Substratlage). Es sei angemerkt, daß 18A den oberen linken Teil, 18B den oberen rechten Teil, 18C den unteren linken Teil und 18D den unteren rechten Teil der Sensorfolie 2106 darstellt. Wenn die Ausrichtung der Isolationsschicht zur Kohlenstoffschicht an einer der vier Ecken unrichtig ist, kann unbeschichtetes Substrats 242 zwischen der rechtwinkligen Isolationslinie 1701 und dem vollfarbigen Kohlenstoffrechteck 1700 beobachtet werden. Die Ausrichtung der Isolati onsschicht zur Kohlenstoffschicht kann manuell von einem Bediener überprüft werden, indem der zweite Sichtsensor 222 verwendet wird.
19 veranschaulicht eine Ansicht einer Isolationsschicht gegenüber einer Kohlenstoffschicht für eine Ausführungsform der Erfindung mit unrichtiger Ausrichtung, wenn die gedruckte Bildgestaltung der Isolation kürzer ist als die des Kohlenstoffdruckes (zum Beispiel kann der Siebhub für den Isolationsdruck länger sein als der für Kohlenstoff oder das Isolationssieb kann kürzer sein als das der Kohlenstoff-Druckstation). Es sei angemerkt, daß 19A den oberen linken Teil, 19B den oberen rechten Teil, 19C den unteren linken Teil und 19D den oberen rechten Teil der Sensorfolie 2106 darstellt. Wenn die Ausrichtung der Isolationsschicht zur Kohlenstoffschicht an einer der vier Ecken unrichtig ist, kann unbeschichtetes Substrat 242 zwischen der rechtwinkligen Isolationslinie 1701 und dem vollfarbigen Rechteck 1700 beobachtet werden. Die Ausrichtung der Isolationsschicht zur Kohlenstoffschicht kann von einem Bediener manuell überprüft werden, indem der zweite Sichtsensor 222 verwendet wird.
Die 20A bis 20D sind schematische Schaubilder, die die Ergebnisse eines Prozesses zum Drucken einer zweiten Sichtführung 2002 (siehe 21A) veranschaulichen, welche das vollfarbige Kohlenstoffrechteck 1700, eine hohle rechtwinklige Isolationslinie 1701, ein hohles Kohlenstoffrechteck 1703, ein vollfarbiges Rechteck von der ersten Enzymschicht 2000, ein vollfarbiges Rechteck von der zweiten Enzymschicht 2001 und unbeschichtetes Substrat 242 zeigt. Als Option können solche Drucke auch während des Herstellens durch automatisch laufende Prüfsysteme verwendet werden, so wie dem Prüfsystem 237 in Abschnitt 6 (nach dem zweiten Enzymdruck). Laufende Ausrichtung wird typischerweise ansonsten von einem Ausrichtesystem (nicht gezeigt) an den Positionen 237A, 237B und 237C in der „Y"-Richtung und durch ein Ausrichtesteuersystem, das auf die Markierungen 2105 schaut (siehe 21A) in der „X"-Richtung durchgeführt.
21A ist ein Beispiel einer Sensorfolie mit einer ersten Sichtführung 2100 und einer zweiten Sichtführung 2002; ersten Y-Ausrichtemarkierungen 2101, zweiten Y-Ausrichtemarkierungen 2102, dritten Y-Ausrichtemarkierungen 2103 und vierten Y-Ausrichtemarkierungen 2104 und X-Ausrichtemarkierungen 2105. Es sei angemerkt, daß die X-Ausrichtemarkierungen 2105 die X-Ausrichtemarkierung 2107 für Kohlenstoff und die X-Ausrichtemarkierung 2108 für Isolation aufweist. 21B ist eine Explosionsansicht einer Zeile innerhalb der Sensorfolie 2106 mit einer X-Ausrichtemarkierung 2107 für Kohlenstoff und der zweiten Sichtführung 202. 21C ist eine Explosionsansicht einer Zeile innerhalb der Sensorfolie 2106 mit einer X-Ausrichtemarkierung 2108 für Isolation und einer zweiten Sichtführung 2002. Die X-Markierung 2108 für Isolation überdeckt vollständig die X-Ausrichtemarkierung 2107 für Kohlenstoff, in 21C veranschaulicht, und liefert damit einen Anstartpunkt (linke Kante beispielsweise der Markierung 2108) vor der der ursprünglichen Kohlenstoffmarkierung 2107. Dies bedeutet, daß irgendwelche anschließenden Schichten in Relation zu der zweiten gedruckten Schicht gedruckt werden (in diesem Fall der Isolationsschicht), anstatt zu der Kohlenstoffschicht. Es kann zweckmäßig sein, wenn beispielsweise die Abmessungen der zweiten und anschließenden Siebbilddarstellung in der X-Richtung (entlang der Lage) länger sind als die Abmessung der ersten Siebbilddarstellung in der X-Richtung.
Eine Explosionsansicht einer Ecke der Druckführungen ist in den 20A–D in der Folge, in der sie gedruckt werden, gezeigt. Im Abschnitt 3 der Kohlenstoff-Druckstation 107 wird ein vollfarbiges Kohlenstoffrechteck 1700 zusammen mit einer rechtwinkligen Kohlenstofflinie 1703, die das vollfarbige Kohlenstoffrechteck 1700 umgibt, gedruckt. Im Abschnitt 4 der Isolation-Druckstation 104 wird eine rechtwinklige Isolationslinie 1701 zwischen das vollfarbige Kohlenstoffrechteck 1700 und die rechtwinklige Kohlenstofflinie 1703 gedruckt. Wenn die Ausrichtung von Isolation zu Kohlenstoff an allen vier Ecken korrekt ist, wird es typischerweise kein unbeschichtetes Substrat 242 geben, das sich zwischen dem vollfarbigen Kohlenstoffrechteck 1700 und der rechtwinkligen Isolationslinie 1701 zeigt. Zusätzlich gibt es im Abschnitt 4 der Isolation-Druckstation 104 zwei weitere rechtwinklige Isolationslinien 1701, die direkt oberhalb des vollfarbigen Kohlenstoffrechtecks 1700 gedruckt sind. Diese zwei zusätzlichen Isolationslinien werden verwendet, um visuell die Ausrichtung der ersten Enzymschicht 2000 zu der Isolationsschicht und der zweiten Enzymschicht 2001 zu der Isolationsschicht zu bewerten, dies geschieht, indem ein vollfarbiges Rechteck aus Enzymfarbe innerhalb der rechtwinkligen Isolationslinie gedruckt wird, wie es in den 20C und 20D veranschaulicht ist. Somit können die erste und die vierte gedruckte Schicht zu der zweiten und nicht zu der ersten gedruckten Schicht ausgerichtet werden. Dies hat den Vorteil, daß eine Änderung in der Größe der Bildgestaltung zwischen der ersten und der zweiten Schicht (die erforderlich sein kann, sollte sich das Substrat nach der ersten Druckstation zum Beispiel aufgrund der Hitze und Spannung, denen es in der ersten Trockenzone 217 gegenübersteht, ge streckt haben) ohne nachteilige Wirkung auf die Druckausrichtung behandelt werden kann (eine Toleranz von 300 μm ist in der X-Richtung typisch).
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, wird am Ende des Prozesses das Substrat 242, einschließlich der darauf gedruckten Sensoren, von der Aufwickeleinheit 107 aufgewickelt und dann in die Stanze 108 gegeben, die zum Beispiel eine Preco-Stanze ist, welche sich in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit befindet. Die Preco-Stanze ist eine CCD-X, -Y, Tetaschwimmpolsterstanze. Das Ausrichtesystem der Preco-Stanze benutzt ein CCD-Sichtsystem, um auf "Preco-Flecken" zu schauen, die auf der Kohlenstoff-Druckstation gedruckt werden, diese ermöglichen es der Stanze, Kohlenstoffdruck anzupassen und ermöglichen es der Stanze, die Karten quadratisch auszu"stanzen". Die Ausgabe der Stanze 108 ist ein Satz gestanzter Karten, so wie die, die in 21A veranschaulicht sind. Die gestanzten Karten werden von der Stanze 108 auf ein Transportband ausgestoßen, dieses Transportband transportiert die Karten unter einen Strichcodeleser, der zwei der Strichcodes auf jeder Karte liest, um zu identifizieren, ob die Karte in bezug auf die Lagen-Datenbank zu akzeptieren oder zurückzuweisen ist. Ein automatisches oder manuelles Herausziehen der zurückgewiesenen Karten kann durchgeführt werden. Die Karten werden dann zum Vorbereiten für den nächsten Herstellungsschritt aufeinander gestapelt.
An der Kohlenstoff-Druckstation 103, der Isolation-Druckstation 104, der ersten Enzym-Druckstation 105 und der zweiten Enzym-Druckstation 106 befindet sich bei allen eine Einrichtung zum visuellen Überprüfen der Ausrichtung unmittelbar nach dem Druckprozeßschritt, wobei ein erster Sichtsensor 215, ein zweiter Sichtsensor 222, ein dritter Sichtsensor 228 bzw. ein vierter Sichtsensor 234 verwendet werden. Für jeden Abschnitt in dem Lagendruckherstellungsprozeß – Abschnitt 3, 4, 5 und 6 – gibt es Lagensichtkamerasysteme, die sich unmittelbar hinter dem Druckprozeßschritt befinden (s. 2A–2C für die Orte der Lagensichter). Es gibt zwei Kameras im Abschnitt 3 und vier Kameras jeweils an den Abschnitten 4, 5 und 6. Die Lagensichtkameras sind Teil eines manuellen Einrichteprozesses, die von den Lagenmaschinenbedienern während des Beginns des Drucklaufes genutzt werden. Die Kameras werden verwendet, um gedruckte Markierungen zu sichten, welche das anfängliche Einrichten der Kohlenstoff-Ausrichtung auf dem Substrat 242 und Ausrichtung zwischen der Isolationsschicht und der Kohlenstoffschicht, der ersten Enzymschicht zur Isolationsschicht und der zweiten Enzymschicht zur Isolationsschicht unterstützen. Die Druckführungen sind aus 21A angegeben veranschaulicht. Für die Ausrichtung des Kohlenstoff- Druckes wird die zweite Sichtführung 2100 verwendet, um die Position des Kohlenstoff-Druckes in bezug auf die Kante des Substrats 242 anzugeben, wenn es durch die Kohlenstoff-Druckstation 103 läuft. Es gibt eine führende Linie und eine nachlaufende Linie, wie es in 21A veranschaulicht ist. Der Kohlenstoffdruck wird angepaßt, bis die Linien angeben, daß der Druck quadratisch zu der Substratkante ist. Die Ausrichtung der einzeln gedruckten Schichten ist in der X-Richtung (entlang der Länge der Maschine) und in der Y-Richtung (über die Breite der Maschine) erforderlich, siehe 21A. Die Ausrichtung in X-Richtung wird durch das interne Ausrichtesystem der Maschine gesteuert. Dieses benutzt die gedruckten Flächen, wie in den 21A, B und C angegeben. Während des Kohlenstoff-Druckzyklus wird eine X-Ausrichtemarkierung 2107 für Kohlenstoff in dieser Fläche gedruckt. Der Isolation-Druckzyklus wird in bezug auf den Kohlenstoff-Druck ausgerichtet, indem Sensoren verwendet werden, welche die X-Ausrichtemarkierung 2107 für Kohlenstoff verwenden, um zu ermöglichen, daß das Isolation-Sieb so angepaßt wird, daß es die Isolationsfarbe in der korrekten Position druckt. Die X-Ausrichtemarkierung 2107 für Kohlenstoff, die für diesen Zweck verwendet wird, wird dann mit der X-Ausrichtemarkierung 2108 für Isolation überdruckt und wird in derselben Weise verwendet, um in richtiger Weise die erste Enzymschicht 2000 und die zweite Enzymschicht 2001 mit dem Isolation-Druck auszurichten. Die Ausrichtung in Y-Richtung wird durch das Y-Ausrichtesystem (nicht gezeigt), gesteuert, das sich an den Positionen 237A, 237B und 237C befindet, das bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Eltromat-Ausrichtesystem, Modell Nr. DGC650 aus Leopoldshöhe, Deutschland, sein kann. Dieses verwendet die gedruckten Flächen 2101 bis 2104, die in 21A angegeben sind. Bei jedem Druckzyklus – Kohlenstoff, Isolation, Enzym 1 und Enzym 2 – werden diese Markierungen gedruckt, damit der nachfolgende Druck über Sensoren in die Y-Richtung ausgerichtet wird. Die Lagendatenbank zeichnet Prozeßinformation während des Druckens auf. Information, die in der Datenbank aufgezeichnet ist, kann zu jeder individuellen Karte über einen Strichcode zurückverfolgt werden, bei einer Ausführungsform wird ein 2D-Strichcode verwendet. Typische Information, die in der Lagendatenbank gesammelt ist, ist in Tabelle 3 aufgeführt. Die Lagendatenbank hat die Möglichkeit zu bewerten, ob ein Prozeßparameter akzeptabel oder nicht akzeptabel ist und kann verwendet werden, auf dieser Basis Daten zurückzuweisen – ob die Parameter innerhalb ihrer Toleranzgrenzen gelaufen sind. Nicht akzeptable Karten können bei späteren Bearbeitungen entweder manuell oder automatisch entfernt werden.
Tabelle 3
22 ist ein schematisches Schaubild der Parameter X, Y, Z und θ, die verwendet werden, um den Lagendruckprozeß auszurichten. Der Parameter Y stellt die Richtung von dem Bediener zur Maschinenseite der Lagendruckmaschine dar (typischerweise horizontal). Der Parameter X stellt die Richtung von der Abwickeleinheit 101 zur Aufwickeleinheit 107 dar (typischerweise horizontal). Der Parameter Z stellt die Richtung senkrecht zu der X- und Y-Richtung dar (typischerweise vertikal). Der Parameter θ stellt den Winkel um die Z-Achse dar. Bei einer Ausführungsform dieser Erfindung werden die folgenden Parameter verwendet, um den folgenden Druckprozeß auszurichten, so wie zum Beispiel die Kohlenstoff- Druckstation 103, die Isolation-Druckstation 104, die erste Enzym-Druckstation 105 und die zweite Enzym-Druckstation 106.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ausgabe des Lagenherstellungsprozesses Karten, die mit Bildgestaltungen bedruckt sind, welche Kohlenstoff, Isolation und zwei identische Enzymschichten aufweisen, die nach Ausrichtung zueinander gedruckt sind, um Streifen zu bilden, die jeder einen elektrochemischen Sensor und zugeordnete Kontaktelektroden zum Erfassen von Glukose in einer Blutprobe enthalten. Die Streifen werden für die Selbstüberwachung von Blutzucker im Zusammenwirken mit einem Meßgerät verwendet. Die Herstellung verschiedener Gestaltungen der Streifen wird ins Auge gefaßt. Gegenwärtig ist die Lage so gestaltet, daß "One Touch Ultra"-Streifen zur Verwendung in dem One Touch Ultra-Meßgerät, das von LifeScan, Inc. erhältlich ist, erzeugt werden.
Eine schematische Schaubildprobe der Bilddarstellung, die erzeugt wird, ist in 21A. Diese veranschaulicht eine vollständig bedruckte Karte, welche 10 "Zeilen" aus 50 "Streifen" enthält. Es gibt insgesamt 500 "Streifen" pro Karte. Druckausrichtungen sind auch angegeben. Indem die Zeilen 0 bis 9 (jede mit 50 Streifen) parallel zu der Druckrichtung bedruckt werden, kann der Prozeß leicht auf das Einbinden eines Schneidschrittes erweitert werden, welcher eine Zeile von einer anderen trennt. Weiterhin bedeutet dies, daß irgendwelche fehlerhaften Zeilen, die sich aus der Quervariation der Lage in der Druckqualität ergeben (senkrecht zur Druckrichtung) leicht identifiziert werden können. Jeder Zeile ist eine Nummer zugewiesen (identifiziert durch einen Strichcode), und daher können später bestimmte Zeilen von bestimmten Folien auf der Lage in bezug auf die Datenbank identifiziert und ohne das Erfordernis, die gesamte Folie zurückzuweisen, entfernt werden. Dies erhöht die Ausbeute nutzbaren Produktes aus dem Prozeß und macht den gesamten Prozeß effizienter.
Das bewegbare, im wesentlichen flache Sieb kommt gut mit den Typen der Farbe (Kombinationen aus Feststoff/Flüssigkeit) zurecht, die beim Drucken der elektrochemischen Sensoren verwendet werden. Die Verwendung eines bewegbaren flachen Siebes kann eine bessere Steuerung der Druckdefinition und der Ablagerung der dickeren Schichtenfarbe, die bei elektrochemischen Sensoren benötigt werden, ermöglichen, als es durch Rotogravur oder Zylindertiefdruck möglich wäre. Eine Vielfalt von Siebarten (mit unterschiedlichem Gitter, Durchmesser der Drähte in dem Gitter, Drahttrennung, Dicke, Maschenzahl) ist problemlos im Han del erhältlich, um die unterschiedlichen Anforderungen unterschiedlicher Arten von Farbe in dem kontinuierlichen Lagenprozeß zu behandeln (Kohlenstoff, Isolation, Enzym).
Wegen der Anordnung des flachen Siebes, der Druckwalze, des Substrates und einer Rakel, welche das Sieb auf das Substrat zu zwingt, ist eine Vielfalt von Parameter verfügbar, die manipulierbar sind (Winkel von Sieb zu Substrat, Rakelwinkel, Position von Sieb zu Substrat, Position von Rakel zu Druckwalze, Schnappentfernung, relative Geschwindigkeiten von Substrat und Sieb und Rakel usw.), um den Druckprozeß für elektrochemische Sensoren zu optimieren.
Kurz zusammengefaßt weitet oder streckt sich die Lage bei einem Lagenherstellungsprozeß zum Herstellen elektrochemischer Sensoren, wenn sie während des Prozesses aufgeheizt und unter Spannung gebracht wird. Jeder Druckstation (zum Beispiel Kohlenstoff, Isolation, zwei Enzyme) folgt typischerweise einen Trockenstation. Um die Farben in effizienter Weise zu trocknen, arbeiten die Trockenstationen bei recht hohen Temperaturen (50–140 Grad Celsius). Weiterhin, um die Ausrichtung der Lage durch jede Druckstation zu unterstützen, wird die Lage unter Spannung gebracht.
Das Substrat muß unter Spannung gehalten werden, um die Ausrichtung innerhalb des Prozesses zu steuern, als ein Ergebnis, wann immer das Substrat erhitzt wird, zum Beispiel um die Farben nach dem Drucken zu trocknen, wird sich das Substrat unvorhersagbar strecken, was eine Bildgrößenvariation in anschließenden Drucken hervorruft.
Die Größe des Bildes, das an jeder Druckstation gedruckt wird, ist durch mehrere Faktoren festgelegt (Schablonengröße, Farbenviskosität, relative Geschwindigkeit von Lage und Schablone/Sieb und Substratstreckung an dem Punkt (sowohl reversible als auch irreversible Streckung) usw.) Die Bildgrößenänderung (zwischen unterschiedlichen Druckschritten), wenn man an das Ende des Prozesses schaut, wurde als variierend gefunden. Sie war unvorhersagbar und höher als erwartet, was die Ausbeuten beträchtlich verringerte. Wenn die Fehlanpassung zwischen Bildgrößen zwischen den Schichten entlang der Lage (x-Richtung) größer als 300 Mikrometer ist, wird das Produkt nicht arbeiten. Es wurde vermutet, daß die übermäßige Bildgrößenänderung von übermäßigem und unvorhersagbarem Strecken (aufgrund von Erhitzen und Spannung) und Schrumpfen des Lagensubstrats hervorgerufen wurde.
Das Problem von Strecken und Spannung ruft nicht dieselben Probleme beim Flachbettdruck hervor. Um das Problem beim Lagenprozeß zu lösen, wurde vorgeschrumpftes Substrat versucht. Das Substrat wurde auf ungefähr 185 Grad Celsius erhitzt, bevor es in dem Lagenprozeß verwendet wurde. Jedoch blieb die Variation in der Bildgröße ein Problem und verursachte verringerte Ausbeuten.
Der gegenwärtige Vorschlag für den Lagenprozeß ist die Verwendung hoher Temperaturen in einem ersten Trockner oder ziemlich präkonditioniert nach einer ausreichend hohen Temperatur, so daß bei einem Beispiel irreversible Streckung aus dem Substrat im wesentlichen entfernt ist, bevor ein Bild auf das Substrat gedruckt wird.
Bei einer ersten Bearbeitungsstation in der Lagenmaschine erhitzt eine Trockenbank das Substrat bis hinauf zu 160 Grad Celsius. Temperaturen, denen das Substrat später in dem Prozeß gegenübersteht, überschreiten typischerweise 140 Grad nicht.
In 2A ist die erste Heizbank, der das unbedruckte Substrat gegenübersteht, die heiße Platte. Dies ist eine mit Teflon beschichtete Platte, die sich anhebt und das Substrat während der Bewegung der Lage berührt. Die Wärme wird in die Rückfläche des Substrats eingeführt. Diese läuft gegenwärtig mit einem Einstellpunkt von 160°C mit einer Spezifikation von +/–4°C. Der Einstellpunkt 160°C hat sich statistisch als die beste Dimensionssteuerung herausgestellt. Das berechnete Mittel ist 160.9°C. In der Bank 2 wird heiße Luft auf die Vorderfläche des Substrates bei einem Einstellpunkt von 160°C mit einer Spezifikation von +/–4°C eingeführt. Das berechnete Mittel ist 161.29°C. In Bank 3 wird heiße Luft auf die Vorderfläche des Substrates mit einem Einstellpunkt von 160°C mit einer Spezifikation von +/–4°C eingeführt. Das berechnete Mittel ist 161.18°C. In Bank 4 wird heiße Luft in die Vorderfläche des Substrats bei einem Einstellpunkt von 160°C mit einer Spezifikation von +/–4°C eingeführt. Das berechnete Mittel ist 160.70°C.
Als ein Ergebnis der Lagenspannung und der Wärme, die in dem Trockner eingeführt wird, wird das Lagensubstrat um ungefähr 0.7 mm pro Wiederholung Bildgestaltung gestreckt. Dies war eine der Hauptgründe zum Verwenden von Station 1 als eine Präkonditionierungseinheit, um das Substrat vor nachfolgenden Druckstationen zu stabilisieren. Die Verwendung der Station 1 zum Präkonditionieren des Substrates verbessert die Stabilität der Zeilenlänge von Kohlenstoff und Isolation, da viel der Materialstreckung vor dem Drucken aus dem Substrat beseitigt worden ist.
Es wird erkannt werden, daß äquivalente Strukturen die hierin veranschaulichten und beschriebenen Strukturen ersetzen können und daß die beschriebene Ausführungsform der Erfindung nicht die einzige Struktur ist, die benutzt werden kann, um die beanspruchte Erfindung zu implementieren. Zusätzlich sollte verstanden werden, daß jede oben beschriebene Struktur eine Funktion hat und eine solche Struktur als ein Mittel zum Durchführen der Funktion bezeichnet werden kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines elektrochemischen Sensors, welcher ein Substrat und wenigstens zwei Schichten, die auf das Substrat zu drucken sind, aufweist, wobei das Verfahren das Transportieren einer Lage des Substrats durch eine erste und eine zweite Druckstation, eine Trockenstation, die zwischen den Druckstationen angeordnet ist, und eine Kühlstation, die sich zwischen der Trockenstation und der zweiten Druckstation befindet; das Drucken einer Schicht aus leitender Farbe auf das Substrat, wenn es durch die erste Druckstation transportiert wird, indem eine leitende Farbzusammensetzung auf das Substrat aufgebracht wird, wobei die leitende Farbzusammensetzung aufweist: Graphit; Ruß; ein Harz; und wenigstens ein Lösemittel; wobei ein Gewichtsverhältnis des Graphit zum Ruß in einem Bereich von 4:1 bis 1:4 ist; und wobei ein Gewichtsverhältnis einer Summe aus Graphit und Ruß zu Harz in einem Bereich von 10:1 bis 1:1 ist; Trocknen der ersten Schicht aus leitender Farbe auf dem Substrat in der Trockenstation und Kühlen des gedruckten Substrats in der Kühlstation vor dem Aufdrucken einer zweiten Schicht auf das Substrat, wenn es durch eine zweite Druckstation transportiert wird, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lösemittel in der leitenden Farbzusammensetzung einen Siedepunkt zwischen 120°C und 250°C hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lösemittel in der leitenden Farbzusammensetzung Isophoron, Diacetonalkohol und Methoxypropoxypropanol umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Harz in der leitenden Farbzusammensetzung ein Terpolymer ist, welches Vinylchlorid, Vinylacetat und Vinylalkohol umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis von Graphit zu Ruß in der leitenden Farbzusammensetzung 2.62:1 ist und das Verhältnis der Summe von Graphit und Ruß zu Harz 2.9:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Teilchengröße des Graphits in der leitenden Farbzusammensetzung 15 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenschritt die leitende Farbzusammensetzung, die auf das Substrat aufgegeben worden ist, bei einer Temperatur von 140°C trocknet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenschritt die leitende Farbzusammensetzung, die auf das Substrat aufgebracht worden ist, mit einem Luftdurchfluß von 60 m³/min trocknet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenschritt eine Dauer in einem Bereich von 30 Sekunden bis 60 Sekunden hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Transport- und Druckschritte bewerkstelligt werden, indem ein auf einer kontinuierlichen Lage basierender Prozeß verwendet wird.